Научная статья на тему 'Биоэкологические и морфологические связи маркёров запасных белков семян у культиваров абрикоса'

Биоэкологические и морфологические связи маркёров запасных белков семян у культиваров абрикоса Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
166
44
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АБРИКОС / КУЛЬТИВАРЫ / БЕЛКОВЫЕ МАРКЁРЫ / АДАПТАЦИИ / ПРИЗНАКИ / APRICOT / CULTIVARS / PROTEIN MARKERS / ADAPTATION / CHARACTERS

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Авдеев Владимир Иванович

Анализ белковых маркёров у оренбургских местных форм абрикоса (Armeniaca Scop.) показывает на их тесные связи с рядом внешних признаков. Яркая покровная окраска плода связана на электорофореграммах с интенсивным компонентом 82, сильная же оттянутость верхушки и пильчатость края листа – с компонентами 82, 84, 86, которые свойственны виду A. mandshurica. Компонент 47, маркирующий неустойчивость форм абрикоса к выпреванию, с этими компонентами не связан. Выявлен ряд компонентов, экологически зависимых от засушливых условий года и индивидуально маркирующих зимнюю устойчивость форм.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

BIOECOLOGICAL AND MORPHOLOGICAL CONNECTIONS OF SPARE PROTEIN MARKERS IN APRICOT CULTIVAR SEEDS

The analysis of protein markers in Orenburg local apricot (Armeniaca Scop.) forms shows that they have close connections with a number of external characters. The bright color of the fruit covering is connected with the intensive component-82, and the rather stretched out leaf tip and serrated leaf edge are connected with the 82, 84 and 86 components which are characteristic of the A. mandshurica apricot species. The component-47 marking the unsteadiness of the apricot species to asphyxiation is not connected with the above components. A number of components, which are ecologically dependent on weather conditions of the year and are individually marking the winter resistance of the species, have been revealed.

Текст научной работы на тему «Биоэкологические и морфологические связи маркёров запасных белков семян у культиваров абрикоса»

Биоэкологические и морфологические связи маркёров запасных белков семян

у культиваров абрикоса

В.И. Авдеев, д.с.-х.н., Оренбургский ГАУ

Метод белковых (полипептидных) маркёров, ныне широко используемый в ботанике, растениеводстве, показал себя надёжным методом

маркирования геномов растений. Наиболее полно он был разработан 25—30 лет назад, получил широкое применение на травянистых видах злаков, бобовых, подсолнечнике и ряде других [1]. Более 20 лет назад этот метод был

242

Позиции компонентов по шкале (1 балл - слабой, 2 балла - сильной интенсивности)

78-глобулины, компоненты

1 3 5 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Форма НОР Скл-Н-11/2-19, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 1 1 1 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2

Форма НОР-Скл-Ц-16/2-22, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 1

Форма С-Е-4-3, пгт Светлый Светлинского района, юго-восток Оренбуржья

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 2 2 2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2

128-глобулины, кислые полипептиды

33 34 35 36 37 38 39 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 59 61

Форма НОР-Скл-Н-11/2-19, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2

1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 2 2

Форма НОР-Скл-Ц-16/2-22, Новоорский район, восток Оренбуржья

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 1

1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1

Форма С- Е-4-3, пгт Светлый Светлинского района, юго-восток Оренбуржья

2 2 2 2 1 2 2 2 2 1 1 2 1

2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1

128-глобулины, кислые полипептиды 128-глобулины, основные полипептиды

62 63 64 65 66 67 68 69 70 72 74 75 76 77 78 79 80 81 85 87 90 91 93 94 96 97

Форма НОР-Скл-Н-11/2-19, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2

1 1 1 1 2 1 2 2 2 2 1 1 2 2

Позиции компонентов по шкале (1 балл - слабой, 2 балла - сильной интенсивности)

128-глобулины, кислые полипептиды 128-глобулины, основные полипептиды

62 63 64 65 66 67 68 69 70 72 74 75 76 77 78 79 80 81 85 87 90 91 93 94 96 97

Форма НОР-Скл-Ц-16/2-22, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2

1 1 2 2 2 1 2 2 2 2 1 1 2 2

Форма С-Е-4-3, пгт Светлый Светлинского района, юго-восток Оренбуржья

2 1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2

1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1

Примечание. Не приведены следующие основные полипептиды 128-глобулинов: у формы НОР-Скл-Н-11/2-19 — компоненты 101 (по 2 балла) и 105 (по одному баллу); у формы НОР-Скл-Ц-16/2-22 — компоненты 101 (по 2 балла), 110 и 112 (по одному баллу); у формы С-Е-4-3 — компоненты 101 (2010 г. — 2 балла, 2011 г. — 1 балл), 110 и 112 (по одному баллу)

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

243

Название отборной формы Позиции компонентов по шкале (1 балл - слабой, 2 балла - сильной интенсивности), кислые полипептиды

33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

Ок-ДН-11-3 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1

Ок-П-6 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1 1

Ок-Дача-Крупный 2 2 2 2 2 2 2 1 1

Ок-Дача-Мелкий 2 2 2 2 2 2 2 1 2

Ок-Дача-Средний 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1

Ок-11-15 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1

Ок-Ж-2 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1

Ок-С-1-2 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1

Ок-Ж-2-1 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1

Ок-С-1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1

Ок-К-1-2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1

Ок-П-1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1

Название отборной формы Позиции компонентов по шкале (1 балл - слабой, 2 балла - сильной интенсивности), кислые полипептиды

33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

Ок-М-1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1

Ок-К-1-3 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1

Ок-Н-1-3 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1

Ок-Н-1-5 2 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 1 1

Ок-Н-1-2 2 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 1 1

Э-3-97 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1

Э-1-2 2 2 2 1 1 2 2 1 1

Э-2 2 2 2 1 1 2 1 2 2 1 1

Э-97-3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1

Э-Сц-Пк-1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1

Э-Тп-Пк-2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1

Э-ВМД-1 1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1

ОР-К-1-2 2 1 1 2 1 1 1 1

Полипептиды

кислые основные

78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

Ок-ДН-11-3 2 1 1 1 1 2 1 1

Ок-П-6 1 1 1 1 1 2 1 1

Ок-Дача-Крупный 2 2 1 1 1 1 2 2 1

Ок-Дача-Мелкий 2 1 2 1 1 1 1 2 2 1

Ок-Дача-Средний 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1

Ок-11-15 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

244

Продолжение таблицы 2

Ок-Ж-2 2 2 2 1 2 1 1 2 2 1

Ок-С-1-2 2 2 1 1 2 1 1 2 2 1

Ок-Ж-2-1 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1

Ок-С-1 2 2 1 1 1 1 2 2

Ок-К-1-2 2 2 1 1 1 1 2 2

Ок-П-1 2 2 1 1 1 1 2 2

Название отборной формы Позиции компонентов по шкале (1 балл - слабой, 2 балла - сильной интенсивности), полипептиды

кислые основные

78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

Ок-М-1 2 2 1 2 1 1 1 1 2 2

Ок-К-1-3 2 2 2 1 2 1 1 1 1 2 2

Ок-Н-1-3 2 2 1 2 1 1 1 1 2 2

Ок-Н-1-5 1 1 1 1 2 2 2

Ок-Н-1-2 1 1 1 1 1 2 2 2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Э-3-97 2 1 1 1 1 2 1 1

Э-1-2 2 1 1 1 2 2 2 1

Э-2 2 1 1 1 2 2 2 1

Э-97-3 2 1 1 1 2 2 2 1

Э-Сц-Пк-1 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1

Э-Тп-Пк-2 2 1 1 1 2 2 2 1

Э-ВМД-1 1 2 1 2 1 1 1 1 2

ОР-К-1-2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2

Примечание. Названия отборных форм даны по их следующим местонахождениям: Ок — из г. Орска, Э — из пгг Энергетик Новоорского района (восток), ОР — из Оренбургского района (запад) Оренбургской области РФ [6, 7]. Не приведены компоненты 78-глобулинов в позициях 1—32, кислые компоненты 128-глобулинов в позициях 55—77, а также среди основных полипептидов 128-глобулинов не приведены частные компоненты 100 (1 балл — у шести форм по списку от Ок-С-1 до Ок-Н-1-3), 100 (2 балла — у формы ОР-К-1-2), по одному баллу — компоненты 107, 109, 111 (у форм от Ок-М-1 до Ок-Н-1-3), 102 (ОР-К-1-2), 107, 109, 111 (от Ок-М-1 до Ок-Н-1-3), 102, 104, 112 (Э-ВМД-1)

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

использован на широком наборе древесных видов из семейств Rosaceae, позже на видах, сортах Grossulariaceae, Vitaceae [2]. Сейчас этим методом из видов Rosaceae активно изучается абрикос (род Armeniaca Scop.) — ценное растение из подсемейства сливовых [3, 4].

Известно, что белковые маркёры — это часть молекулярного фенотипа. Однако считается, что они в наименьшей степени подвержены экологической изменчивости [1]. Такое их преимущество было действительно подтверждено в многочисленных работах на разных видах, сортах растений. Тем не менее из сказанного следует, что всё же есть перспективы для поиска среди белковых маркёров таких компонентов электро-фореграмм (ЭФ), которые бы маркировали их связи с какими-либо экологическими факторами. Для этого были изучены ЭФ отдельных особей (отборных форм) местного абрикоса Оренбуржья, семена которых сформировались в столь разные по метеорологическим условиям годы, какими были 2010 г. (резко засушливый и жаркий) и 2011 г. (близкий к норме). Другая важнейшая задача — это с помощью белковых компонентов маркировать признаки плода (окраска, форма и т.д.), физиологические адаптации растений к условиям произрастания (резистентность, морозостойкость и т.п.). Почти 10 лет назад в качестве маркёра неустойчивости к зимне-весеннему выпреванию, бичу северной культуры абрикоса, нами был выделен в зоне кислых 12S-глобулинов компонент 47, а в зоне основных 12S-глобулинов выявлены видоспецифичные компоненты-радикалы для культиваров Armeniaca vulgaris Lam. (81, 83 и 85), Armeniaca mandshurica (Maxim.) Skvortz (82, 84 и 86) и их многочисленных гибридов [3—5]. Результаты исследований приведены в таблицах 1 и 2.

В 2010 г. на ЭФ число компонентов было меньше на 9—19%, чем в 2011 г., т.е. при засухе (особенно у формы С-Е-4-3 с юго-востока Оренбуржья) часть компонентов исчезает (или же становится почти невидимой на ЭФ), будучи экологически зависимой. Ими являются прежде всего эволюционно молодые компоненты 7S-глобулинов [3] и те, которые расположены в средней части ЭФ, в зоне кислых 12S-глобулинов, где обычно возникают различия по сортам, формам. В 2010 г. на ЭФ по разным формам отмечены 43—51 компонент, но в 2011 г. их было 48—58 компонентов (табл. 1). Независимо от изучаемого года установлены также снижение или, наоборот, усиление интенсивности ряда компонентов в разных зонах ЭФ. Доля таких компонентов составляет 20—35%. Существуют также экологически стабильные по годам компоненты — 35, 37, 59, 77, 81 и другие, составляющие основную массу компонентов ЭФ. Учитывая же, что формы абрикоса юго-востока

в засушливый 2010 г. показали выдающуюся устойчивость, практически не снизив массу плода [3], эти стабильные по годам компоненты (табл. 1) нужно считать маркёрами полевой устойчивости к засухе.

Известно, что столь же многокомпонентным (т.е. полигенным) является и зимняя устойчивость растений. Но в этой адаптации выявить морозостойкость можно только прямыми опытами по промораживанию частей растений. Пока же известно, что A. mandshurica имеет сниженную зимостойкость в Оренбуржье и других регионах с неустойчивой зимой из-за неглубокого покоя почек зимой [3 и др.]. Отсюда неустойчивыми являются формы, имеющие радикал этого вида абрикоса. Его компоненты (82, 84, 86), быстро исчезающие при культигенной эволюции абрикоса в условиях Оренбуржья [3, 6], должны быть связаны и с другими исчезающими компонентами на ЭФ. Из изученных форм (табл. 1 и 2) к маркёру, связанному с этим радикалом, чётко относится только компонент 99. У разных форм, сортов, всегда имеющих гибридную природу, маркёры будут различаться. Так, у сортотипов Вяземский, Киевский с радикалом A. vulgaris, наоборот, происходит замена компонентов 98 на 99, а процесс гипотермической эволюции чётко отражают больше компоненты 25, 74, 60 [3], однако у других форм такие компоненты присущи и формам с радикалом A. mandshurica [3, 4]. Вся эта сложная картина локализации компонентов на ЭФ говорит не только о высокой интенсивности эволюции, но и её крайней специфичности, связанной с генетическим составом локально интродуцированных форм-основателей [3]. В силу этого необходимо изучение состава ЭФ в разных частях Оренбуржья.

Поскольку компонент 47 присущ именно виду A. mandshurica [3, 5, 6], то имело интерес выявить его связь с компонентами радикала. У ряда форм (Ок-П-6 и др.) компонент 47 отмечен вместе с компонентами 84, чаще с 82 и 86 (Э-2 и др.), 84 и 86, реже только с 86; у иных же форм (Э-1-2 и др.) есть компоненты 82, 86, однако вовсе нет компонента 47 и наоборот, у ряда форм с юго-востока области при компоненте 47 отсутствуют компоненты радикала (табл. 1 и 2). Из этого следует, что компоненты 47 и компоненты радикала у изученных форм абрикоса не являются генетически взаимосвязанными. В раннем исследовании на востоке Оренбуржья была выявлена наиболее частая связь компонентов 86 и 47 [6], что и подтверждают приведённые выше новые данные (табл. 2).

В процессе обследования местных абрикосов было обращено внимание на наличие форм, ярко окрашенных, с сильным покровным румянцем плода. К ним относятся формы, произрастающие в разных частях Оренбуржья: Ок-Ж-2, Э-ВМД-1

(табл. 2) и Дб-ГФ-Г-3/2-10 с юго-востока [8]. Отметим, что яркий, сильный покровный румянец очень редок среди сортов и форм A. vulgaris, а он обычен для культиваров, связанных генезисом с Л. mandshurica. Так, в Средней Азии из такого типа гибридных абрикосов очень известен ценный столовый сладкосемянный сортотип Арзами с массой плода 35—50 г [3]. Формы Ок-Ж-2, Э-ВМД-1 имеют в зоне радикала от A. mandshurica соответственно компоненты 82, 86 или 82, 84 (табл. 2), Дб-ГФ-Г-3/2-10 — только компонент 82. Стало быть, такая редкая и очень нарядная окраска плода связана у местных форм абрикоса Оренбуржья с ярким (2 балла) компонентом 82, полученным от Л. mandshurica. Важно, что эти мелкоплодные (масса плода 10—19 г), только горькоеемянные, но урожайные формы абрикоса [7, 8] вовсе не имеют негативного компонента 47. Кроме этих трёх форм, компоненты 82, 86 встречаются и у ряда других форм, но у них компонент 82 только слабый, интенсивностью в 1 балл (табл. 2). Выше было отмечено, что в процессе культигенной эволюции абрикоса в условиях Оренбуржья происходит весьма быстрое вытеснение из местного генофонда компонентов A. mandshurica, в т.ч. и компонента 82, что привело к резкому нарастанию доли одноцветных (оранжевоплодных) форм [3, 6]. Эти ценные три местные формы можно закрепить только вегетативно.

За весь период исследований (1993—2012 гг.) были изучены 283 отборные формы местного абрикоса. По признакам косточки более 90% этих форм имеют признаки A. vulgaris, однако по сильно оттянутой вершине и пильчатости края листовой пластинки 50% форм являются гибридными, возникшими с участием Л. mandshurica [3]. Эти два признака явно маркируются разными компонентамиу4. mandshurica. Так, у форм Ок-Н-1-2 и Ок-Ж-2 вершина пластинки сильно оттянутая [7], но они имеют соответственно компоненты 84 и 82, 86 (табл. 2).

Литература

1. Молекулярно-биолоп-меские аспекты прикладной ботаники, генетики и селекции // Теоретические основы селекции / под ред. акад. РАСХН В.Г. Конарева. М.: Колос, 1993. Т. 1. 448 с.

2. Авдеев В.И. Белковые маркёры в систематике и селекции двудольных растений / Под грифом МСХ РФ. Оренбург: ОГАУ, 2012. 56 с.

3. Авдеев В.И. Абрикосы Евразии: эволюция, генофонд, интродукция, селекция. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2012. 408 с.

4. Авдеев В.И. Проблемы белкового маркирования признаков культивируемых и дикорастущих видов растений // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 4(36). С, 212-215.

5. Авдеев В.И., Гнусенкова Е.А. Белковое маркирование видов и культиваров абрикоса. Сообщение 2. Виїтьт Anneniaca Scop., примитивные формы и сорта // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2004. № 4. С. 55-58.

6. Шмыгарёва В.В. Формовое разнообразие культивируемого Anneniaca Scop, на востоке оренбургского Приуралья: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2011. 129 с.

7. Стародубцева Е.П. Состав, классификация местных форм Anneniaca Scop, оренбургского Приуралья: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2012. 186 с.

8. Саудабаева А.Ж. Местный абрикос на юго-востоке Оренбуржья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 5(37). С. 252-254.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.