CC BY
42УДК 633.15.543.545.2.577.112 https://doi.Org/10.21498/2518-1017.14.1.2018.126517
Анализ електрофоретичних спектров зе'1мв
для оценки генетичного р13Номатття л1Н1Й кукурудзи
(Zea mays (L.) Merr.)
Л. M. Присяжнюк1*, Т. М. Сатарова1, С. 0. Ткачик1, Ю. В. Шип'кова1, Б. В. Дзюбецький2, В. Ю. Черчель2
1Укра1нський институт експертизи copmie рослин, вул. Генерала Родимцева, 15, м. Kuíe, 03041, Укра1на, *e-mail: [email protected]
2ДУ 1нститут зернових культур НААН Укра1ни, вул. В. Вернадського, 14, м. Дтпро, 49600, Укра1на
Мета. Оф'нити електрофоретичт спектри зеУтв Л1Н1Й кукурудзи для створення панел1 паспортизац'У. Методи. Електрофорез запасних б1лк1в, кластерний анал1'з. Результати. Наведено результати досл1'джень 31 Л1Н11 кукурудзи за запасними 61'лками нас'ння з використанням електрофоретичного розд1лення компонент'в зеУну. На основ1 визначення в1дносноУ електрофоретичноУ рухливосл зеУтв встановлено, що дослщжуват лтнп! кукурудзи е однор1дними та мають в1'дм1'нност1 за компонентним складом зеУтв, що дае змогу Ух 1дентиф1кувати. Визначено, що найб1'льш под1бними л1'тями е 'ДК744' та 'ДК298', 'ДК3070' та 'ДК633/325', 'PLS61' та 'Chi31', у яких виявлено 61'льшу м'льм'сть спектр1в з однаковою в1дносною електрофоретичною рухливктю. Визначено ункальт компоненти зеУну 96, 32 та 41 у досл1джуваних лшях 'ДК267', 'ДК129-4' та 'ДК236'. Кластерний анал1з дав змогу з'ясувати, що лтнтУ 'ДК325', 'ДК267' та 'ДК276' перебувають на найб1'льш1й в1'дстат в1дус'х досл1джуваних лпнпй. В1дпов1дно до генетич-них дистанц1й достатт'й р1вень под1'бносл (300-400) за спектрами зеУну виявлено м1ж лшями зародковоУ плазми Айодент та Ланкастер. Висновки. Для оц1нки генофонду кукурудзи доц'льно застосовувати метод електрофорезу запасних б1лк1в, оск'льки втн дае змогу оц1нити Ухню однорщтсть та визначити стутнь генетичноУ спор1дненост1. Виявлено, що найвщдаленшими досл1дженими лшями е 'ДК315', 'ДК267' та 'ДК276'. Встановлено, що загальнов1дом1 еталонт л1н1У 'PLS61' та 'Chi31' сформували окремий кластер. Отже, застосування методу електрофорезу запасних б1лк1в дало змогу вид1лити найб1'льш вщдалет лтнтУ, як1 належать до одного типу зародковоУ плазми, та визначити под1бн1 компоненти зеУну в лтнтй р1зних геноплазм.
Ключов1 слова: пoлiмopфiзм запасних бiлкiв, електрофорез у ПААГ, генетичн дистанцп, вiднocна електрофоре-тична pухлuвicmь, кукурудза, зе1н.
Вступ
Одним з найважлив1ших елеменпв селек-ци i експертизи coptíb, г1брид1в, лшш с1ль-ськогосподарських рослин е !х точна та об'ективна iдентифiкацiя [1-3].
Larysa Prysiazhniuk
http://orcid.org/0000-0003-4388-0485 Tatiana Satarova
http://orcid.org/0000-0002-5571-1139 Svitlana Tkachyk
http://orcid.org/0000-0002-2402-079X Yuliia Shytikova
http://orcid.org/0000-0002-1403-694X Boris Dzubetsky
http://orcid.org/0000-0003-2955-232X Vladyslav Cherchel
http://orcid.org/0000-0002-0429-4961
Для ощнки генетичного рiзноманiття кукурудзи ефективним е використання електрофорезу, який дае змогу виявити полiмор-фiзм запасних б1л^в насiння. За допомогою цього методу за компонентним складом cto^píb зе!ну можна оцiнювати iнбреднi л^ ни на генетичну однорiднiсть, а також з великою часткою ймовiрностi виявити ступiнь генетично! спорвдненосп тих чи iнших лiнiй мiж собою [5-6]. Pеeстрацiю електрофоретичних cto^píb здiйснюють у величинах ввдносно! електрофоретично! рухливостi (rf) або молекулярнш масi бiлкових компонентiв (kDa) [7-8]. Дослвдження компонентного складу зе!шв з метою !х застосування для потреб селекци, зокрема, для контролю за чистотою лшш, визначення автентичностi, а також ощнки генофонду кукурудзи прово-
дять з 70-х рр. XX ст. ГноземнГ та вГтчизнянГ науковцГ [9-10]. ВГдомо досить багато робГт з вивчення зе!нових маркерГв для визначення рГзних груп стиглостГ кукурудзи, якГсного складу бГлкГв зерна, здГйснення об'ективного контролю за ступенем генетично! однорГд-ностГ лГнГй, виявлення генетично вГддаленГ-ших лГнГй для отримання максимального гетерозисного ефекту, визначення «вГдсотка» гГбридностГ та Гн. Отже, у зв'язку з Гнтенси-фГкацГею селекци та насГнництва актуаль-ним е визначення генетичного походження лГнГй та !хнГй розподГл. Такий пГдхГд забез-печуе пГдвищення ефективностГ експертизи, оскГльки результати цГе! експертизи тГсно пов'язанГ з проблемами об'ективно! оцГнки сортового матерГалу.
Мета дослгджепъ - виявити та охаракте-ризувати спектри зе!нГв лГнГй кукурудзи се-лекцГ! ДУ 1нститут зернових культур НААН Укра!ни для !х паспортизацГ!.
Материали та методика досл1*джень
МатерГалом для дослГдження була 31 лГнГя кукурудзи. Серед них 28 лГнГй селекци ДУ 1нституту зернових культур НААН 'ДК411', 'ДК257', 'ДК742', 'ДК744', 'ДК315', 'ДК633/266', 'ДК680МВ', 'ДК296', 'ДК267', 'ДК633', 'ДК366', 'ДК247', 'ДК276', 'ДК959', 'ДКФ2', 'ДК253', 'ДК272', 'ДК273', 'ДК129-4', 'ДК377', 'ДК2323', 'ДК239', 'ДК212', 'ДК4201', 'ДК298', 'ДК3070', 'ДК236', 'ДК633/325' та три загаль-новГдомГ лГнГ! 'А188', 'PLS61' та 'СЫ31'.
ВибГрка для одного аналГзу включала 40 повторень кожного зразка. Електрофорез зе-!нГв проводили у вертикальних пластинах полГакриламГдного гелю (ПААГ) за Методикою проведення квалГфГкацГйно! експертизи сортГв рослин на придатнГсть до поширення в Укра1нГ (Методи визначення показникГв якостГ продукцГ! рослинництва) [11]. Пластина мГстила 8,5% акриламГду Г 7,5 М сечо-вину. В розчин для екстракцГ! зе!ну входила 8 М сечовина та 3% меркаптоетанол. Елек-трофорез проводили без охолодження про-тягом 5 годин за напруги 500 В. Електро-форетичний спектр зешу мГстить вГд 12 до 22 основних компонентГв [12], якГ записува-ли у величинах вГдносно! електрофоретично! рухливостГ (г^. Цей показник обчислюють за «внутрГшнГм стандартом», яким можуть бути компоненти, якГ добре вираженГ та по можливостГ спГльнГ для всГх або бГльшостГ дослГджуваних лГнГй [13-14]. За такий стандарт використали компонент з ^ 60. Рухли-вГсть Гнших компонентГв визначали вГдносно внутрГшнього стандарту за допомогою про-грамного забезпечення То1а!ЬаЪ TL 120.
ГенетичнГ дистанцГ1 мГж дослГджуваними лГнГями кукурудзи оцГнювали на основГ кластерного аналГзу з використанням про-грами STATISTICA 12. ЛГнГ! групували за допомогою незваженого методу середнГх зв'язкГв [15-16].
Результати досл1*джень
Для дослГдження полГморфГзму 31 лГнГ! кукурудзи за спектрами запасних бГлкГв зе!нГв визначали вГдносну електрофоретичну рух-ливГсть бГлкових компонентГв дослГджуваних зразкГв. ЕлектрофоретичнГ спектри зе!нГв мГстили вГд 12 до 19 компонентГв для кожно! лГнГ!. ВГдомо, що вГдсутнГсть або мГнГмальна кГлькГсть вГдмГнностей за спектрами зешу свГдчить про близьку спорГдненГсть лГнГй Г не-велику ймовГрнГсть високого рГвня гетерозису. Цей висновок Грунтуеться на результатах вивчення велико! кГлькостГ вГтчизняних Г зару-бГжних лГнГй Г гГбридГв (простих, трилГнГй-них, подвГйних мГжлГнГйних та Гн.). Числен-ними дослГдженнями доведено: у генетично чисто! лГнГ! всГ зерна вибГрки (не менше 30 насГнин) мають однаковий спектр зе!ну [1719]. УнаслГдок електрофоретичного роздГлен-ня зе!нГв кукурудзи визначено, що дослГджу-ванГ лГнГ! мають один тип спектрГв кожна, що свГдчить про !хню однорГднГсть.
Для електрофоретичних спектрГв дослГ-джуваних лГнГй унГкальними виявилися компоненти 96, 32 та 41 у лГнГях 'ДК267', 'ДК129-4' та 'ДК236' вГдповГдно (рис. 1). СлГд зауважити, що вказанГ лГнГ! мають також рГзний тип зародково! плазми: Ланкастер (Oh 43), Со 125 та Ланкастер х Лакон вГдпо-вГдно [20-21]. ЗгГдно з отриманими електро-фореграмами за компонентним складом зе!-нГв найбГльш подГбними мГж собою були лГнГ! 'ДК744' та 'ДК298'. 1з 16 ГдентифГкованих компонентГв цих лГнГй встановлено наявнГсть по одному унГкальному компоненту: 45 - у лГнГ! 'ДК744' та 35 - у 'ДК298' (рис. 2). БГль-шГсть компонентГв зе!ну були однакового роз-мГру або вГдрГзнялись на одну одиницю.
МГж дослГджуваними лГнГями 'ДК3070' та 'ДК633/325' помГчено також високу спорГдненГсть за компонентами зе!ну. 1з 16 виявле-них компонентГв лГнГ! 'ДК3070' та 17 лГнГ! 'ДК633/325' 9 ГдентифГкованих фрагментГв були спГльними. ВГдповГдно до електрофоре-тичного розподГлу зазначенГ лГнГ! мали основ-нГ вГдмГнностГ за чотирма компонентами: 44, 49, 58 та 72 (рис. 3).
Також певний ступГнь подГбностГ виявлено у лГнГй 'PLS61' та'Chi31', зокрема з 15 ком-понентГв зе!ну вони мають 8 спГльних. На рисунку 3 показано, що одним Гз найбГльш
Genetics
Рис. 1. Приклад електрофоретичного розпоД1лу Рис 2. Приклад електрофоретичного розпод1лу компонент1в зе1ну у л1н1й кукурудзи: компонент^ зе1ну у л1н1й кукурудзи:
1-2 - 'ДК296', 3-4 - 'ДК267', 5-6 - 'ДК276' 1-2 - 'ДК744', 3-4 - 'ДК298'
Рис. 3. Приклад електрофоретичного розпод1лу компонент1в зе1ну у л1н1й кукурудзи:
1-2 - 'ДК298', 3-4 - 'ДК3070', 5-6 - 'ДК236', 7-8 - 'ДК633/325', М - ут'версальний маркер (сумш досл'джуваних генотит'в), 9-10 - 'А188', 11-12 - 'PLS61', 13-14 - 'Chi31'
виражених компоненпв, яким вони в1др1з-няються, е компонент розм1ром 68. Компонент 74 i3 представлених на рисунку зразыв присутнш у всiх, крiм лши 'А188'.
Cпiльними для бшьшо'1 кiлькостi лiнiй, крiм компонента зешу i3 значенням вщнос-но'1 електрофоретично'1 рухливостi 60, були компоненти розмiром 38, 50, 58, 63, 68, 80 та 86, ям мали найвище значення частоти стрiчальностi (рис. 4).
Дослвдженнями багатьох вчених було вста-новлено комплексну структуру зешкодуючих генiв у разi використання мРНК для синтезу кДHК-клонiв. На основi ибридизаци шдивГ дуальних клонiв з геномною ДНК було доведено, що зеши кодують 150 гешв [12], якi роз-ташованi на 4 та 7 хромосомах. Дослвдження-
ми Г. В. Заякиной и А. А. Созинова [5] доведено зчеплене успадкування зешкодуючих локуив дек^ькох компонентiв зешу, а також i незалежне успадкування окремих локуив.
Вiдомо, що однieю з основних маркерних ознак для встановлення ввдмшностей мiж рiзними типами зародково! плазми е форма зернiвки кукурудзи. Сидорова В. В. та ш. [13] проводили дослвдження з кременистим, зубовидним та нашвзубовидним пiдвидами кукурудзи. Внаслвдок цього, враховуючи зчеплений характер успадкування зешкодуючих локуив, було визначено наявшсть спiльних компонентiв зешу в лшш кукурудзи з рiзними типами зародково! плазми.
У дослвдженнях нами отримано результа-ти, зидно з якими не тiльки лши кукурудзи
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0 А 0,3 0,2 0,1 О
60
. 111. ттт 1Т7 ■ I 1 ■ 1 ■ ■ 1 ТГ .1 ги т
32 35 37 39 41 43 45 47 49 51 54 56 58 60 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 98 100102
Розм1'р компоненп'в зе'Ут'в (г^
Рис. 4. Розпод1'л частот зустр1'чаемосл компоненп'в зе1ну в досл1'джуваних л1Н1'ях кукурудзи
'ДК3070' та 'ДК633/325' зародково! плазми Ланкастер (Мо17), а й лши 'ДК744' та 'ДК298' геноплазм в1дпов1дно Айодент та Ланкастер е под1бними за компонентами зешу.
Оск1льки полиморфизм зешу, що виявля-еться електрофорезом, носить адаптивний характер, генетичш зм1ни в генотипах су-проводжуються в1дпов1дними змшами в спектрах б1лка [13, 22-24]. Таким чином, метод електрофорезу зешу дае змогу не т1льки 1дентиф1кувати лши та г1бриди кукурудзи, а й здшснювати контроль за однор1дн1стю л1-н1й та ступенем г1бридност1.
Для диференщаци лшш на основа резуль-тат1в електрофоретичного розд1лення за компонентами зешу був проведений кластер-ний анализ, який в1дображае генетичн1 дистан-ц11 м1ж ними (рис. 5).
За даними анализу генетичних дистанций м1ж досл1джуваними л1н1ями кукурудзи, варто зазначити, що найб1льш в1ддаленими е лши 1з значенням понад 400-500. Отже, група л1н1й 'ДК267', 'ДК633', 'ДК366', 'ДК247', 'ДК276', 'ДК959' та 'ДКФ2' показала найвищий р1вень в1дм1нност1 стосовно до 1н-ших л1н1й. Результатами розрахунку генетичних дистанций шдтверджуеться под1б-н1сть м1ж л1н1ями 'ДК744' та 'ДК298', 'ДК3070' та 'ДК633/325', а також м1ж лш1я-ми 'PLS61' та 'Chi31'. В1дстань м1ж под1бни-ми л1н1ями становить в1д 200 до 300. Гене-тичн1 дистанци за спектрами зешу м1ж л1н1-ями плазми Айодент та плазми Ланкастер становили 300-400, що св1дчить про певний р1вень ¿хньо! под1бност1.
Варто звернути увагу на те, що м1ж група-ми кластеров, як1 об'еднують лши однаково-го або близьких тип1в зародково! плазми, простежуеться тенденция до зб1льшення ге-
нетичних дистанци до загальнов1домих ета-лонних л1н1й 'А188', 'PLS61' та 'Chi31'.
Враховуючи те, що абсолютно однаковими вважають об'екти з цифровим виразом генетичних дистанций «нуль», або ж як1 е максимально близькими до нуля, а абсолютно р1зними - з найб1льшим значенням, можна зробити висновок, що за отриманими роз-рахунками лши разняться м1ж собою.
Результати 1ерарх1чно1 класифшаци у ви-гляд1 ф1логенетичного дерева наведено на рисунку 6.
На основа отримано! дендрограми визна-чено 11 кластеров за електрофоретичним роз-д1ленням запасних б1лк1в, як1 сформована л1н1ями 'ДК411' та 'ДК239', 'ДК744' та 'ДК298', 'PLS61' та 'Chi31', 'ДК633/266' та 'А188', 'ДК3070' та 'ДК633/325', 'ДК257' та 'ДК742', 'ДК129-4' та 'ДК377', 'ДК212' та 'ДК4201', 'ДК633' та 'ДКФ2', 'ДК272' та 'ДК273', 'ДК366' та 'ДК247'.
1нш1 лши не увшшли до жодного кластера, проте лш1я 'ДК236' наближена до кластера, утвореного л1н1ями 'ДК3070' та 'ДК633/325', л1н1я 'ДК2323' - до кластера 'ДК129-4' та 'ДК377', л1ни 'ДК680МВ' та 'ДК296' приля-гають до кластера 'ДК257' та 'ДК742', але перебувають на б1льш1й в1дстан1 пор1вняно з попередн1ми. Також до кластера 'ДК272' та 'ДК273' прилягають лши 'ДК253' та 'ДК959'.
За анал1зом дендрограми встановлено, що л1ни 'ДК315, 'ДК267' та 'ДК276' перебувають на найб1льшш в1дстан1 в1д ус1х досл1-джуваних л1н1й. Сл1д зауважити, що вс1 ц1 лши мають р1зний тип зародково! плазми: Айодент та Ланкастер (Oh43) у 'ДК315' та 'ДК267' в1дпов1дно.
Отже, застосування методу електрофоре-тичного розд1лення компонент1в запасного
■ч
г
<
я
I
га' оя
ар
с
а
><
а
■Ч
я о н
га
о
2
м о
£ г
Л 2
ДК257 ДК742 ДК744 ДК315 ДК633/266 ДК680МВ ДК296 ДК267 ДК633 ДК366 ДК247 ДК276 ДК959 ДКФ2 ДК253
ДК411 356 411 299 389 296 409 432 372 418 498 464 526 525 472 440
ДК257 284 357 367 342 331 390 456 476 457 413 489 500 476 457
ДК742 352 351 321 362 364 472 467 482 464 510 509 474 453
ДК744 331 315 423 386 419 469 498 477 523 513 493 459
ДК315 345 463 425 494 492 534 490 526 520 499 460
ДК633/266 438 362 424 453 499 475 547 515 489 444
ДК680МВ 416 447 492 436 471 481 491 503 464
ДК296 493 503 486 454 525 476 444 463
ДК267 424 459 496 552 551 517 508
ДК633 466 479 473 465 405 352
ДК366 386 531 456 531 503
ДК247 505 480 464 457
ДК276 564 472 489
ДК959 494 411
ДКФ2 397
ДК272 ДК273 ДК129-4 ДК377 ДК2323 ДК239 ДК212 ДК4201 ДК298 ДК3070 ДК236 ДК633/325 А188 Р1_561 СИп"31
ДК411 474 423 412 417 389 305 392 427 347 405 343 405 363 332 324
ДК257 452 398 452 470 459 393 447 471 363 411 407 411 449 409 360
ДК742 418 431 462 512 463 452 470 466 266 369 433 384 375 365 358
ДК744 432 445 386 414 314 297 364 384 263 383 364 326 373 289 336
ДК325 427 459 488 492 427 414 483 460 375 435 438 412 418 361 413
ДК633/266 430 453 434 468 395 386 430 391 270 355 388 381 292 300 348
ДК680МВ 477 413 428 452 476 443 433 447 435 452 434 438 465 474 454
ДК296 406 433 434 473 414 471 426 400 365 400 472 418 432 375 382
ДК267 533 489 456 440 443 390 427 426 420 456 353 412 413 459 425
ДК633 481 412 525 487 506 467 474 486 473 486 443 478 467 456 418
ДК366 483 441 499 492 505 524 480 492 505 477 476 459 519 521 474
ДК247 492 414 494 499 517 498 492 499 470 488 509 501 534 493 447
ДК276 560 510 531 527 496 457 452 472 535 479 487 502 566 508 478
ДК959 381 392 527 487 501 564 527 502 526 518 557 525 527 498 501
ДКФ2 484 436 509 543 513 465 455 458 466 440 454 466 519 431 398
ДК253 369 309 503 510 488 461 458 440 464 501 457 490 476 437 443
ДК272 303 452 459 437 502 452 437 425 435 472 427 465 413 425
ДК273 427 424 458 475 406 440 437 433 452 438 494 436 381
ДК129-4 304 313 403 302 374 421 430 417 380 436 414 410
ДК377 305 396 375 403 470 449 440 436 471 421 426
ДК2323 352 324 337 386 386 401 349 380 337 398
ДК239 333 368 378 436 342 400 432 385 366
ДК212 298 401 395 405 355 457 401 367
ДК4201 413 418 404 390 453 371 414
ДК298 306 365 336 274 281 286
ДК3070 365 269 382 318 279
ДК236 281 387 374 329
ДК633/325 407 366 316
А188 361 389
РЬБб! 281
Рис. 5. Генетичш дистанцн М1*ж досл1*джуваними Л1*н1*ями кукурудзи на основ1* електрофоретичного розд1*лення зеТтв (в!*д синього до червоного кольору вказано генетичш дистанцн в порядку IX зменшення)
с-> то
3
Рис. 6. Розпод1'л Л1Н1Й кукурудзи за ступенем спор1'дненост1 на ochobi* електрофоретичного розд1'лення зе1Н1*в
б1лка зешу е ефективним для диференщаци 31 дослвджено! лши кукурудзи. BiH дае змо-гу видiлити найб^ьш ввддалеш лши з одним типом зародково! плазми або визначити сшльш риси у лiнiй з рiзними типами.
Висновки
Встановлено, що застосування методу електрофорезу запасних бiлкiв для оцшки генофонду кукурудзи дае змогу визначити стушнь генетично! спорiдненостi лшш за компонентами зешу та оцшити ¿хню одно-рiднiсть. 1з 31 дослвджено! лши нaйбiльш вiддaленими ввд решти е 'ДК315', 'ДК267' та 'ДК276', якi м:1ж собою також перебувають на знaчнiй вiдстaнi. Визначено нaйподiбнiшi групи лшш, як: мають нaйменшi генетичнi дистанци, зокрема 'ДК744' та 'ДК298', 'ДК3070' та 'ДК633/325'.
Встановлено, що загальнов1дом: лши 'PLS61' i 'Chi31' сформували окремий кластер м:ж собою, а лшя 'А188' - сшльний кластер з 'ДК633/266', що може сввдчити про наяв-шсть сшльних зе!нкодуючих генних локуив.
3 огляду на те, що лши, як: належать до р:зних тишв зародково! плазми, за компо-нентним складом зе!ну виявили р:зний сту-шнь близькосп, дощльно рекомендувати застосування методу електрофорезу до залу-чення у селекцшний процес. Результата цих дослвджень сприятимуть оптимальному добору вихвдних батьшвських форм для досяг-нення високого ефекту гетерозису в ибридах.
Використана литература
1. Zhang Z., Yang J., Wu Y. Transcriptional regulation of zein gene expression in maize through the additive and synergistic action of opaque2, Prolamine-box binding factor, and 02 hete-rodimerizing proteins. Plant Cell. 2015. Vol. 27, Iss. 4. P. 11621172. doi: 10.1105/tpc.15.0003.
2. Сидорова В. В., Конарев А. В., Керв Ю. А., Матвеева Г. В. Белковые маркеры в анализе генетического разнообразия, селекции и семенном контроле кукурузы. Аграрная Россия. 2015. № 12. С. 2-10.
3. Тютюнов С. И., Воронин А. Н., Журба Г. М., Хорошилов С. А. Основные результаты селекции гибридов кукурузы в Белгородском НИИСХ. Селекция растений: прошлое, настоящее и будущее : сб. матер. I Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (г. Белгород, 24-26 ноября 2016 г.). Белгород, 2017. С. 180-185.
4. IqbaL J., Shinwari Z. K., Rabbani M. A., Khan S. Genetic variability assessment of maize (Zea mays L.) germplasm based on total seed storage proteins banding pattern using SDS-PAGE. Eur. Acad. Res. 2014. Vol. 2. Iss. 2. P. 2144-2160.
5. Заякина Г. В., Созинов А. А. Генетический анализ проламинов кукурузы (зеинов). Цитология и генетика. 1993. Т. 27, № 5. С. 23-26.
6. Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Керв Ю. А., Конарев А. В. Возможности использования зеиновых маркеров в повышении эффективности гетерозисной селекции кукурузы. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. Санкт-Петербург, 2012. Т. 170. С. 147-157.
7. Wall J. S., Fey D. A., Paulis J. W. Improved two-dimensional electro-
phoretic separation of separation to study of zein inheritance in corn genotypes. Cereal chem. 1984. Vol. 61, Iss. 2. P. 141-146.
8. Yao D., Qi W., Li X. et al. Maize opaque10 encodes a cereal-specific protein that is essential for the proper distribution of zeins in endosperm protein bodies. PLoS Genet. 2016. Vol. 12, Iss. 8. e1006270. doi: 10.1371/journal.pgen.1006270.
9. Заякина Г. В., Созинов A. A. Генетический анализ зеинов кукурузы: наследование минорных компонетов. Цитология и генетика. 1997. Т. 31, № 4. С. 5-11.
10. Белжов £. I., Купр1'ченкова Т. Г. Вивчення врожайносл ран-ньостиглих пбрид1'в кукурудзи р1'зних гетерозисних моделей в умовах степовоТ зони УкраТни. Бюл. 1н-ту а'льського госпо-дарства степово)зони НААНУкра'ни. 2015. № 9. С. 58-62.
11. Методика проведення квалпфшацпйноТ експертизи сорл'в рослин на придатт'сть до поширення в УкраТт. Методи виз-начення показник'в якосп продукц'' рослинництва / за ред. С. О. Ткачик. Ви'нниця : Н'лан-ЛТД 2015. 160 с.
12. Заякина Г. В., Попов В. Н., Созинов А. А. Локализация зеин-кодирующих кластеров на хромосоме 4 у кукурузы. Генетика. 1998. Т. 34, № 7. С. 1000-1003.
13. Сидорова В. В., Конарев А. В., Матвеева Г. В., Тимофеева Г. И. Использование электрофоретического спектра зеина для прогнозирования гетерозиса у кукурузы. Аграрная Россия. 2004. № 6. С. 34-41.
14. Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Конарев А. В. и др. Зеиновые маркеры в анализе генофонда кукурузы и повышении эффективности селекции. Аграрная Россия. 2012. № 7. С. 5-11.
15. Ермантраут Е. Р., Присяжнюк О. I., Шевченко I. Л. Статис-тичний анал1'з агроном1'чних досл1'дних даних в пакет' Statistica 6.0. КиТв : Пол1'графКонсалтинг, 2007. 55 с.
16. Everitt B. S., Landau S., Leese M., Stahl D. Cluster Analysis. 5th ed. Chichester : Wiley, 2011. 346 р. doi: 10.1002/9780470977811
17. Banziger M., Setimela P. S., Hodson D., Vivek B. Breeding for improved drought tolerance in maize adapted to southern Africa. New directionsfor a diverse planet : Proc. 4th Int. Crop Sci. Congress (Brisbane, 26 Sep. - 1 Oct. 2004). Brisbane, Australia, 2004. 10 p. URL: www.cropscience.org.au/icsc2004/pdf/152_banzigerm.pdf
18. Сидорова В. В., Керв Ю. А., Матвеева Г. В., Конарев А. В. Идентификация генетического разнообразия кукурузы по спектрам белков в решении фундаментальных и прикладных вопросов ресурсов и селекции культуры. Генетические ресурсы растений - основа продовольственной безопасности и повышения качества жизни : тезисы докл. Междунар. науч. конф. (Санкт-Петербург, 6-8 октября 2014 г.). Санкт-Петербург, 2014. С. 90.
19. Комарова Г., Ротарь А., Палий А., Михалаки А. Проявление эффекта гетерозиса у кукурузы на уровне белковых маркеров. §tiinia agricola. 2017. № 2. С. 11-15.
Genetics
20. Сатарова Т. М., Борисова В. В., Черчель В. Ю., Деркач К. В., Абра1'мова 0. £. Генетичн дистанцИ Л1"нтй кукурудзи та l'x цитостерильних аналопв за пол1'морф1'змом SNP-маркертв. Селекщя i наанництво : М1'жв1'д. темат. наук. зб. Харк'в, 2013. Вип. 103. С. 124-134.
21. Сатарова Т. М., Деркач К. В., Абра1'мова 0. £. Оц'нка реци-прокного ефекту в культур1 in vitro у генотитв кукурудзи зародково'1 плазми Ланкастер. Бюл. 1н-ту зернового госпо-дарства. 2011. № 40. С. 20-24.
22. Эльконин Л. А., Доманина И. В., Итальянская Ю. В. Генетическая инженерия как инструмент модификации состава запасных белков и повышения питательной ценности зерна у злаков. Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51, № 1. С. 17-30. doi: 10.15389/agrobiology.2016.1.17rus.
23. Zheng X.-Q., Liu X.-L., Yu S.-F. et al. Effects of extrusion and starch removal pretreatment on zein proteins extracted from corn gluten meal. Cereal Chem. 2014. Vol. 91, No. 5. P. 496501. doi: 10.1094/CCHEM-07-13-0141-R.
24. Liua H., Shib J., Suna C. et al. Gene duplication confers enhanced expression of 27-kDa y-zein for endosperm modification in quality protein maize. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2016. Vol. 113, Iss. 18. P. 4964-4969. doi: 10.1073/ pnas.1601352113.
References
1. Zhang, Z., Yang, J., & Wu, Y. (2015). Transcriptional regulation of zein gene expression in maize through the additive and synergistic action of opaque2, Prolamine-box binding factor, and 02 heterodimerizing proteins. Plant Cell., 27{A), 1162-1172. doi: 10.1105/tpc.15.0003.
2. Sidorova, V. V., Konarev, A. V., Kerv, Yu. A., & Matveeva, G. V. (2015). Protein Markers in the Analysis of a Genetic Variety, Breeding, and the Corn Seed Control. Agrarnaya Rossiya [Agrarian Russia], 12, 2-10. [in Russian]
3. Tyutyunov, S. I., Voronin, A. N., Zhurba, G. M., & Khoroshilov, S. A. (2017). Main results of maize hybrids breeding at Belgorod Research Institute of Agriculture. In Selektsiya rasteniy: proshloe, nastoyashchee i budushchee: sbornik materialov I Vseros. nauchno-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem [Breeding of plants: past, present and future: a collection of materials of the 1st All-Russian Scientific and Practical Conference with international participation] (pp. 180-185). Nov. 24-26, 2016, Belgorod, Russia. [in Russian]
4. Iqbal, J., Shinwari, Z. K., Rabbani, M. A., & Khan, S. (2014). Genetic variability assessment of maize (Zea mays L.) germplasm based on total seed storage proteins banding pattern using SDS-PAGE. Eur. Acad. Res., 2(2), 2144-2160.
5. Zayakina, G. V., & Sozinov, A. A. (1993). Genetic analysis of maize prolamins (zeins). TSitol. Genet. [Cytology and Genetics], 27(5), 23-26. [in Russian]
6. Sidorova, V. V., Matveeva, G. V., Kerv, Yu. A., & Konarev, A. V. (2012). Possibilities of zein markers use to increase efficiency of maize heterosis breeding. Trudy po prikladnoy botanike, genetike i selektsii [Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding], 170, 147-157. [in Russian]
7. Wall, J. S., Fey, D. A., & Paulis, J. W. (1984). Improved two-dimensional electrophoretic separation of separation to study of zein inheritance in corn genotypes. Cereal chem, 61(2), 141-146.
8. Yao, D., Qi, W., Li, X., Yang, Q., Yan, S., Ling, H., ... Song, R. (2016). Maize opaque10 encodes a cereal-specific protein that is essential for the proper distribution of zeins in endosperm protein bodies. PLoS Genet., 12(8), e1006270. doi: 10.1371/journal. pgen.1006270.
9. Zayakina, G. V., & Sozinov, A. A. (1997). Genetic analysis of maize zeins: inheritance of minor components. TSitol. Genet. [Cytology and Genetics], 31(4), 5-11. [in Russian]
10. Bielikov, Ye. I., & Kuprichenkova, T. H. (2015). Study of yielding capacity of early-season hybrids of various heterotic models
under the conditions of the Steppe zone of Ukraine. Biuleten Instytutu silskoho hospodarstva stepovoi zony NAAN Ukrainy [Bulletin of the Institute of Agriculture of the Steppe zone, NAAS of Ukraine], 9, 58-62. [in Ukrainian]
11. Tkachyk, S. 0. (Ed.). (2015). Metodyka provedennia kvalifi-katsiinoi ekspertyzy sortiv roslyn na prydatnist do poshyrennia v Ukraini. Metody vyznachennia pokaznykiv yakosti produktsii roslynnytstva [Regulations on the procedure and the conduct of qualification tests for suitability of crop varieties for dissemination in Ukraine. Methods of determining quality indices of crop products]. Vinnytsia: Nilan-LTD. [in Ukrainian]
12. Zayakina, G. V., Popov, V. N., & Sozinov, A. A. (1998). Localization of zein coding clusters on chromosome 4 in maize. Gene-tika [Genetics], 34(7), 1000-1003. [in Russian]
13. Sidorova, V. V., Konarev, A. V., Matveeva, G. V., & Timofeeva, G. I. (2014). The use of zein electrophoretic spectrum to predict heterosis in corn. Agrarnaya Rossiya [Agrarian Russia], 6, 34-41. [in Russian]
14. Sidorova, V. V., Matveeva, G. V., Konarev, A. V., Kerv, Yu. A., Kud-ryavtsev, A. M., Upelniek, V. P., & Yankovskiy, N. K. (2012). Zein Markers in Maize Genepool Analysis and Breeding Improvement. Agrarnaya Rossiya [Agrarian Russia], 7, 5-11. [in Russian]
15. Ermantraut E. R., Prysiazhniuk, 0. I., & Shevchenko, I. L. (2007). Statystychnyi analiz ahronomichnykh doslidnykh danykh vpaketiSTA-TISTICA 6.0 [Statistical analysis of agronomic study data in the software suite Statistica 6.0]. Kyiv: PolihrafKonsaltynh. [in Ukrainian]
16. Everitt, B. S., Landau, S., Leese, M., & Stahl, D. (2011). Cluster Analysis. (5th ed.). Chichester: Wiley. doi: 10.1002/9780470977811
17. Banziger, M., Setimela, P. S., Hodson, D., & Vivek, B. (2004). Breeding for improved drought tolerance in maize adapted to southern Africa. In New directions for a diverse planet: Proc. 4th Int. Crop Sci. Congress. Sept. 26 - Oct. 1, 2004, Brisbane, Australia. Retrieved from www.cropscience.org.au/icsc2004/pdf/152_banzigerm.pdf
18. Sidorova, V. V., Kerv, Yu. A., Matveeva, G. V., & Konarev, A. V. (2014). Identification of the genetic diversity of corn for protein spectra in the solution of fundamental and applied tasks of resources and breeding of crop. In Geneticheskie resursy rasteniy - osnova prodovol'stvennoy bezopasnosti i povysheniya kachestva zhizni: tezisy dokladov Mezhdunar. nauch. konf. [Genetic resources of plants are the basis of food security and improving the quality of life: Abst. Int. Sci. Conf.] (p. 90). Oct. 6-8, 2014, Saint Petersburg, Russia.
19. Komarova, G., Rotar, A., Paliy, A., & Mikhalaki, A. (2017). The expression of the effect of heterosis in corn at the level of protein markers. §tiinfa agricola [Agricultural Science], 2, 11-15. [in Russian]
20. Satarova, T. M., Borysova, V. V., Cherchel, V. Yu., Derkach, K. V., & Abraimova, 0. Ye. (2013). Genetic distances of corn lines and their cytosterile analogues for polymorphism of SNP markers. Selektsia i Nasinnitstvo [Plant Breeding and Seed Production], 103, 124-134. [in Ukrainian]
21. Satarova, T. M., Derkach, K. V., & Abraimova 0. Ye. (2011). Evaluation of the reciprocal effect in vitro culture in genotypes of corn germ plasma Lancaster. Biuleten Instytutu zernovoho hospodarstva [Bulletin of the Institute of Grain Farming], 40, 20-24. [in Ukrainian]
22. El'konin, L. A., Domanina, I. V., & Ital'yanskaya, Yu. V. (2016). Genetic engineering as a tool for modifying the composition of reserve proteins and improving the nutritional value of grain in cereals. Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 51(1), 17-30. doi: 10.15389/agrobiology.2016.1.17rus. [in Russian]
23. Zheng, X.-Q., Liu, X.-L., Yu, S.-F., Wang, X.-J., Ma, Y.-Q., Yang, S., & Jing, S.-S. (2014). Effects of extrusion and starch removal pretreatment on zein proteins extracted from corn gluten meal. Cereal Chem., 91(5), 496-501. doi: 10.1094/CCHEM-07-13-0141-R.
24. Liu, H., Shi, J., Sun, C., Gong, H., Fan, X., Qiu, F., ... Wu, Y. (2016). Gene duplication confers enhanced expression of 27-kDa y-zein for endosperm modification in quality protein maize. Proc. Natl. Acad. Sci., 113(18), 4964-4969. doi: 10.1073/pnas.1601352113
УДК 633.15.543.545.2.577.112
Присяжнюк Л. М.1*, Сатарова Т. Н.1, Ткачик С. А.1, Шитикова Ю. В.1, Дзюбецкий Б. В.2, Черчель В. Ю.2
Анализ электрофоретических спектров зеинов для оценки генетического разнообразия линий кукурузы (Zea mays (L.) Merr.) // Plant Varieties Studying and Protection. 2018. T. 14, № 1. C. 89-96. https://doi.Org/10.21498/2518-1017.14.1.2018.126517
1Украинский институт экспертизы сортов растений, ул. Генерала Родимцева, 15, г. Киев, 03041, Украина, "e-mail: [email protected]
2ГУ Институт зерновых культур НААН Украины, ул. В. Вернадского, 14, г. Днипро, 49600, Украина
Цель. Оценить электрофоретические спектры зеи- всех исследуемых линий. Согласно генетическим дистан-
нов линии кукурузы для создания панели паспортизации. Методы. Электрофорез запасных белков, кластерный анализ. Результаты. Приведены результаты исследовании 31 линии кукурузы по запасным белками семян с использованием электрофоретического разделения компонентов зеина. На основе определения относительной электрофо-ретическоИ подвижности зеинов установлено, что исследуемые линии кукурузы однородны и имеют различия по компонентному составу зеина, что позволяет их идентифицировать. Установлено, что наиболее похожими оказались линии 'ДК744' и 'ДК298', 'ДК3070' и 'ДК633/325', ТЬБб! и 'СЫ31', в которых выявлено большее количество спектров с одинаковой относительной электрофоретическоИ подвижностью. Определены уникальные компоненты зеина 96, 32 и 41 в исследуемых линиях 'ДК267', 'ДК129-4' и 'ДК236'. Кластерный анализ позволил определить, что линии 'ДК315', 'ДК267' и 'ДК276' находятся на наибольшем расстоянии от
циям достаточный уровень сходства (300-400) по спектрам зеина отмечен между линиями зародышевоИ плазмы АИодент и Ланкастер. Выводы. Для оценки генофонда кукурузы целесообразно применять метод электрофореза запасных белков, поскольку он позволяет оценить их однородность и определить степень генетического родства. Определено, что наиболее удаленными из исследуемых линиИ являются 'ДК315', 'ДК267' и 'ДК276'. Установлено, что общеизвестные эталонные линии 'PLS61' и 'СЫ31' сформировали отдельныИ кластер. Таким образом, применение метода электрофореза запасных белков позволило выделить наиболее отдаленные линии, которые относятся к одному типу зародышевоИ плазмы, и определить подобные компоненты зеина у линиИ разных геноплазм.
Ключевые слова: полиморфизм запасных белков, электрофорез в ПААГ, генетические дистанции, относительная электрофоретическая подвижность, кукуруза, зеин.
UDC 633.15.543.545.2.577.112
Prysiazhniuk, L. M.1*, Satarova, T. M.1, Tkachyk, S. O.1, Shytikova, Yu. V.1, Dzyubetskyi, B. V.2, & Cherchel, V. Yu.2
(2018). Analysis of electrophoretic spectra of zeins for the evaluation of the genetic diversity of maize lines (Zea mays (L.) Merr.). Plant Varieties Studying and Protection, 14(1), 89-96. https://doi.org/10.21498/2518-1017.14.1.2018.126517
1Ukrainian Institute for Plant Variety Examination, 15 Henerala Rodymtseva Str., Kyiv, 03041, Ukraine, *e-mail: [email protected] 2Institute of Grain Crops, NAAS of Ukraine, 14 V. Vernadskoho Str., Dnipro, 49600, Ukraine
Purpose. To evaluate zein electrophoretic spectra of lines. According to genetic distances, a sufficient level of
maize lines in order to create the panel for certification. Methods. Electrophoresis of reserve proteins, cluster analysis. Results. Findings of investigations of maize line 31 on reserve proteins in seeds using electrophoretic separation of zein components are presented. Based on the determination of the relative electrophoretic mobility of zeins, it was found that the studied maize lines are homogeneous and have differences in zeins component composition, which allows to identify them. It was defined that the most similar lines were 'flK744' and 'flK298', 'flK3070' and 'flK633/325', 'PLS61' and 'Chi31' in which more spectra with the same relative electrophoretic mobility were revealed. The unique components of zein 96, 32 and 41 are determined in the studied lines 'flK267', 'flK129-4' and 'flK236'. Cluster analysis allowed to define that the lines 'flK315', 'flK267' and 'flK276' were at the greatest distance from all the studied
similarity (300-400) for zein spectra is noted between lines of Iodent and Lancaster germplasms. Conclusions. For evaluation of maize gene pool, it is advisable to use the method of electrophoresis of reserve proteins, because it allows to evaluate their homogeneity and define the level of genetic kinship. It is defined that the most distant lines among the studied ones are 'flK315', 'flK267' and 'flK276'. It has been established that the well-known reference lines 'PLS61' and 'Chi31' formed a separate cluster. Thus, the use of the method of electrophoresis of reserve proteins allowed to define the most distant lines with common type of germplasm and identify similar components of zein in lines of different genoplasm.
Keywords: polymorphism of reserve proteins, PAGE electrophoresis, genetic distances, relative electrophoretic mobility, maize, zein.
Hadiuwna / Received 23.11.2017 nozodxeHO do dpyKy/Accepted 11.01.2018
