CC BY
52
УДК 633.11:631.527:575
биотипный состав и чистосортность сортов озимой мягкой пшеницы по проламинам зерна
М.М. КОПУСЬ, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: biokhimiya.vniizk@mail.ru) Н.Г. ИГНАТЬЕВА, старший научный сотрудник, зав. лабораторией
Д.П. ДОРОХОВА, младший научный сотрудник Н.С. КРАВЧЕНКО, научный сотрудник Н.И. САРЫЧЕВА, старший научный сотрудник Всероссийский научно-исследовательский институт зерновых культур, Научный городок, 3, Зерноград, Ростовская обл., 347740, Российская Федерация
Резюме. Во Всероссийском научно-исследовательском институте зерновых культур им. И.Г. Калиненко в 2012-2014 гг. проведены исследования с целью сортовой идентификации по аллелям проламиновых белков зерна, составления эталонных спектров сортов, передаваемых в ГСИ, определения биотипного состава и соотношения биотипов в полиморфных сортах, а также наличия примесей для дальнейшей возможности отслеживания и поддержания в первичном семеноводстве сортовых (генетических) качеств семян и их сохранности (подлинности) лабораторными методами. Материалом для исследований послужили 8 перспективных сортов озимой мягкой пшеницы интенсивного (Кипчак, Бонус, Казачка, Лучезар) и полуинтенсивного (Капитан, Капризуля, Адмирал, Краса Дона) типа селекции ВНИИЗКим И.Г. Калиненко, которые находятся в ГСИ. Электрофорез белков зерна пшеницы (глиадинов) про -водили на крахмальном геле в алюминий лактатном буфере (pH 3,1), идентификацию аллелей глиадинкодирующихлоку-сов - в соответствии с каталогом, SDS седиментацию - согласно научно-практическим рекомендациям, разработанным во ВНИиЗКим. И.Г. Калиненко. Сорт Капризуля состоит из 2-х биотипов, остальные исследованные сорта - мономорфны. Выявлены примеси в сортах Казачка (3%) и Адмирал (2%). Обнаружены мутации у сорта Бонус - Gld 1D2 (снижение интенсивности 1-го компонента блока) и Казачка - Gld 1D0 (делеция всего аллеля - блока). Сорта Лучезар и Краса Дона были сходными по глиадиновым спектрам. Ключевые слова: сорта, пшеница, глиадины, полиморфизм, биотипный состав, примеси, сортовые качества семян. Для цитирования: Биотипный состав и чистосортность сортов озимой мягкой пшеницы по проламинам зерна / М.М. Копусь, Н.Г. Игнатьева, Д.П. Дорохова, Н.С. Кравченко, Н.И. Сарычева // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 11. С. 52-54.
Озимая мягкая пшеница на юге России - главная зерновая продовольственная культура. Новые ее сорта создаются преимущественно для интенсивных и полуинтенсивных технологий выращивания. Зерновая продуктивность нового сорта - это генетический признак, который важно не растерять в процессе первичного семеноводства при проведении индивидуальных отборов, браковок и репродуцирования семян. Для этого необходимо использовать основные апробационные признаки в полевых условиях и полиморфизм белков зерна (глиадинов)- в лабораторных условиях [1]. Благодаря своей простоте и высокой эффективности метод
электрофореза белков широко используют в разных лабораториях мира - это объект стандартизации таких международных организаций, как ^ТА, UPOV [2].
Биотипы по глиадинам не должны отличаться по морфологии (иначе сорт не пройдет полевую апробацию) и обязательно должны быть представлены более чем 5%. Как правило, очень малые биотипы при первичном семеноводстве изымаются. Сорт считается моно-морфным, если имеет один биотип. С такими сортами проще вести семеноводство и их сохранность повышается. Во всем мире стремятся создавать именно такие сорта, однако полиморфные - могут быть более устойчивы биологически, как микро популяции [3]. Например, сорт Донская безостая, которая находится в Госреестре(районировании)более 35 лет, состоит из 4 биотипов [4].
Цель исследований - осуществить сортовую идентификацию по аллелям проламиновых белков зерна, составить эталонные спектры сортов, передаваемых в ГСИ, установить биотипный состав и соотношение биотипов в полиморфных сортах, определить наличие примесей для дальнейшей возможности отслеживания и поддержания в первичном семеноводстве сортовых (генетических) качеств семян и их сохранности (подлинности) лабораторными методами.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2012-2014 гг. во Всероссийском НИИ зерновых культур им И.Г. Калиненко.
Материалом для изучения послужили 8 сортов озимой мягкой пшеницы селекции НИИ зерновых культур им И.Г. Калиненко: интенсивного (Казачка, Бонус, Кипчак, Лучезар) и полуинтенсивного (Адмирал, Капризуля, Краса Дона, Капитан) типа, которые в 2015 г. находились в Государственном сортоиспытании.
Электрофорез белков зерна пшеницы (глиадинов) проводили на крахмальном геле в алюминий лактат-ном буфере (рН 3,1) по методической рекомендации М.М. Копусь [4]. Идентификацию аллелей глиадин-кодирующих локусов осуществляли в соответствии с каталогом [5, 6], SDS седиментацию - согласно научно-практическим рекомендациям [7].
При передаче сортов пшеницы в Государственное сортоиспытание мы изучали как суммарный спектр Таблица 1. внутрисортовой полиморфизм по глиадинам перспективных сортов озимой мягкой пшеницы интенсивного типа
Биотип Глиадин SDS седимен-
Сорт № % 1А 1В 1D 6А 6В 6D оценка* тация (20122014 гг.), мл
Кипчак
Бонус
Казачка
Лучезар
I 1б
I 1б 1б/м
I 1б Примесь Примесь Примесь
Мутация I
1б Примесь
1 00 1 00 00 99
1
00 96
1 1 1 1
00 98 2
3 4 3
3 4 3
4 2 3
4 2 3
4 2м 3
4 2 3
4 2 3
4 2 1
4 7 1
4 1 1
4 0 3
3 7 1
3 7 1
3 7 3
Х++ Х++ Х+ Х+ Х+ Х+ Х+ Х+ Х+ Х Х+ Х+ Х+ Х++
56
54
53
54
*Х - нет отрицательных для качества аллелей; Х+ тоже, что Х и + по одному локусу положительный аллель; Х++ тоже, + два аллеля по двум локусам
Таблица 2. внутрисортовой полиморфизм по глиадинам перспективных сортов озимой мягкой пшеницы полуинтенсивного типа
Сорт Биотип Глиадин SDS седиментация (20122014 гг.), мл
№ % 1А 1В 1D 6А 6В 6D оценка*
Капитан I 100 3 1 1 3 1 1 Х+ 50
1б 100 31 1 31 1 Х+
Капризуля I 100 31 7+1 31 1 Х++ 54
1б 62 31 7 31 1 Х++
2б 38 31 1 31 1 Х+
Адмирал I 100 4 1 7 11 2 Х++ 63
1б 98 4 1 7 11 2 Х++
Примесь 1 41 1 11 1 Х
Примесь 1 31 7 31 1 Х++
Краса Дона I 100 31 7 11 1 Х+ 56
1б 100 3 1 7 1 1 1 Х+
*X - нет отрицательных для качества аллелей; X+ то же, что Х и + по одному локусу по ложительный аллель; X++ то же, + два аллеля по двум локусам
электрофореграмм (для этого размалывали примерно по 1000 зерен от каждого образца), так и спектры отдельных зерен сорта (по 100 шт. от каждого образца) по глиадинам (спирторастворимые белки). Их фотографировали и использовали в качестве эталонов при дальнейшей идентификации сортов лабораторными методами. Работая с таким объемом, есть возможность установить биотипный состав сорта и наличие примесей. Эти сведения необходимы для контроля семян сортов, находящихся в обороте (первичное семеноводство, производство оригинальных семян, элиты и 1-3 репродукции).
Математическую и статистическую обработку проводили с помощью программ Statistica 0.6 и Excel.
результаты и обсуждение. Все изученные перспективные сорта озимой мягкой пшеницы интенсивного типа были мономорфны - представлены одним биотипом на 97-100% (табл. 1). Основной биотип (1б) идентичен по аллельному составу глиадинов суммарному спектру (X).
В сорте Лучезар нетипичными были всего 2% зерен, которые имели идентичный глиадин и отличались наличием аллелей Gld 6А3 - вместо Gld 6А1. Поэтому при внесении сорта в Госреестр, мы рекомендуем изъять линии с Gld 6А3, даже если они по морфологическим признакам сходны с сортом Лучезар.
У сорта Казачка из 100 проанализированных зерен 3 имели нетипичный с основным биотипом глиадин, причем он был разным по аллелям Gld 1B, Gld 1D, Gld 6A. Если сорт будет внесен в Госреестр, то при первичном семеноводстве, такие семена следует изъять, потому что велика вероятность гибели растений из них при перезимовке. Мутация Gld 1D 0 встречается при анализе сортов по отдельным зернам периодически. Впервые мы обнаружили ее еще в 1977 г. [8]. Она ведет к улучшению качества зерна, но заметно снижается морозостойкость. Поэтому сортов с Gld 1D0 до сих пор нет.
В популяции сорта Бонус тоже 1 зерно из 100 проанализированных отличалось тем, что 1-й компонент аллеля Gld 1D2 имел интенсивность примерно в 2 раза меньшую, чем 2-й, что не характерно для этого аллеля. Такие изменения периодически встречаются, и они характерны для пшениц, выращенных в северных районах Российской Федерации, где растения не успевают созреть до холодов. Вероятно, здесь также произошла
задержка в синтезе белка этого компонента. Однако подобные изменения не накапливаются в сорте при репродуцировании.
У сорта Кипчак не выявлено никаких отклонений в аллельном составе глиа-динов и не обнаружено нетипичных зерен. Отмечено полное совпадение суммарного спектра с биотипом (анализ зерен). Однако это не значит, что при репродуцировании в сорт не могут попадать примеси.
В целом все перспективные сорта интенсивного типа хорошо различимы между собой по глиадинам, что очень важно для их идентификации лабораторными методами.
За три года конкурсных испытаний по SDS-седиментации все сорта интенсивного типа показали хорошее качество зерна - 53-56 мл (см. табл. 1).
Среди изученных по глиадинам образцов озимой мягкой пшеницы полуинтенсивного типа не обнаружено содержания отрицательных для качества аллелей. Сорт Капитан был мономорфным без примесей. Сорт Капризуля включал 2 биотипа, причем 1-й из них имел аллель Gld 1D7 (2%), во втором биотипе этот аллель отсутствовал, но был в наличии Gld 1D1 (38%). Сорт Адмирал состоял из одного биотипа (1б - 98%). В нем выявлено 2% зерен с отличающимся глиадином по локусам Gld 1D и Gld 1А. У сорта Краса Дона все зерна были представлены только одним биотипом сходным с суммарным спектром (табл. 2).
За три года конкурсных сортоиспытаний Адмирал показал и самое высокое качество (63 мл). Остальные сорта характеризовались хорошим качеством зерна (50-56 мл).
Все представленные сорта полуинтенсивного типа отличаются между собой по аллелям глиадина, что очень важно для их идентификации по зерну лабораторными методами.
выводы. Из 8 перспективных сортов озимой мягкой пшеницы полиморфным по аллельному составу глиадинов оказался только сорт Капризуля - включает 2 биотипа. Остальные 7 сортов (Кипчак, Бонус, Казачка, Лучезар, Капитан, Адмирал и Краса Дона) - мономорфны. Примеси установлены в сортах Казачка (3%) и Адмирал (2%). При анализе отдельных зерен выявлены мутации в глиадинкодирующих аллелях: у сорта Бонус -Gld Ю2м - снижение интенсивности 1-го компонента блока, и у сорта Казачка - Gld 1D0 - деление всего аллеля (блока компонентов).
Все изученные сорта хорошо отличимы между собой по глиадинам, что очень важно для их идентификации лабораторными методами. По SDS-седиментации все сорта за 3 года конкурсных испытаний показали хорошее (50-54 мл) и высокое (56-63 мл) качество зерна.
Полученные сведения помогут селекционерам и семеноводам оперативно отслеживать чистосортность и биотипный состав сортов, что будет способствовать получению высококачественных семян.
Литература.
1. Грабовец А.И., Фоменко М.А. Озимая пшеница. Монография. Ростов-на-Дону: ООО Издательство «Юг», 2007. 600с.
2. Контроль генетичноГчистоти наання методом електрофорезузапасних бшюв / М.В. Червонс, О.М. Благодарова, 1.О. Сурженко, Ю.В. Ксельов //Зб1рник наукових праць СП - НЦНС. Одеса: Друкарня-КПОМД, 2011. вип. 17 (57). С. 76-85.
3. Поморцев А.А., Лялина Е.В. Использование электрофоретического анализа запасных белков зерна в лабораторном контроле сортовых качеств семян// Вестник семеноводства в СНГ. 2000. №4. С. 20-24.
4. Копусь М.М. Исследование полиморфизма глиадина методом электрофореза в крахмальном геле: методические рекомендации. Ростов-на-Дону: НПО «Дон», 1988. 34 с.
5. Попереля Ф.О. Три основнi генетичнi системи якостiзерна озимоiм'яко'Т пшеницi//Зб1рникнауковихпраць. Реал1зац1я потенцйних можливостей сорт'т та гiбридiв Селекцйно-генетичного нституту в умовахУкратни. Одеса: Друкарня-КПОМД, 1996. С. 117-132.
6. Проламины зерна и использование их генетического полиморфизма в селекции на Дону/ М.М. Копусь, Е.М. Копусь, М.А. Фоменко, А.В. Крохмаль// Селекция, семеноводство и возделывание полевых культур. Ростов-на-Дону: ООО Издательство «Юг», 2004. С. 234-241.
7. SDS-седиментация в поэтапной оценке селекционного материала озимой пшеницы по качеству зерна: научно-практические рекомендации/Н.Е. Самофалова, М.М. Копусь, О.В. Скрипка, Д.М. Марченко, А.П. Самофалов, Н.П. Иличкина, Т.А. Гричаникова. Ростов-на-Дону: ЗАО «Книга», 2014. 32 с.
8. Созинов А.А., Копусь М.М. Мутация глиадинкодирующего локуса хромосомы 1D// Цитология и генетика. 1983. Т. 17. № 2. С. 19-24.
BIOTYPE COMPOSITION AND IDENTITY OF VARIETIES OF WINTER WHEAT ACCORDING
TO GRAIN PROLAMINES
M.M. Kopus, N.G. Ignatieva, D.P. Dorokhova, N.S. Kravchenko, N.I. Sarycheva
All-Russian Research Institute of Grain Crops after I.G. Kalinenko, Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Rostovskaya obl., 347740, Russian Federation.
Summary. In 2012-2014 in I.G. Kalinenko All-Russian Research Institute of Grain Crops the investigations were carried out. The aim of them was to identify varieties according to their alleles of prolamine proteins; to compile reference spectrums of the varieties passed to SVT; to determine biotype content and correlation of biotypes in polymorphic varieties; to find admixtures for further monitoring and maintaining of varietal (genetic) quality of seeds and their preservation (authenticity) in the primary seed-growing by means of laboratory methods. The material for the researches were eight promising varieties of soft winter wheat of breeding of the All-Russian Research Institute of Grain Crops: the varieties of the intensive type (Kipchak, Bonus, Kazachka, Luchezar) and varieties of the semi-intensive type (Kapitan, Kaprizulya, Admiral, Krasa Dona), which are being tested in the SVT at present. The electrophoresis of wheat proteins (gliadins) was carried out on a starch gel in aluminum lactate buffer (pH 3.1), identification of alleles of gliadin-coding loci was done according to the catalogue and SDS-sedimentation was carried out according to recommendations of the All-Russian Research Institute of Grain Crops. The Kaprizulya variety consists of two biotypes, the other seven studied varieties are monomorphous. It was identified admixture in the Kazachka variety (3%) and Admiral (2%). It was detected mutations in the Bonus variety - Gld 1D2 (a decrease in the intensity of the first component of the block) and Kazachka - Gld 1D0 (the deletion of the whole allele (block)). The varieties Luchezar and Krasa Dona showed similarity in gliadin spectrums.
Keywords: varieties, wheat, gliadins, polymorphism, biotype content, admixtures, variety seed quality.
Author Details: M.M. Kopus, D. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: biokhimiya.vniizk@mail.ru); N.G. Ignatieva, head of laboratory; D.P. Dorokhova, junior research fellow; N.S. Kravchenko, research fellow; N.I. Sarycheva, senior research fellow. For citation: Kopus M.M., Ignatieva N.G., Dorokhova D.P., Kravchenko N.S., Sarycheva N.I. Biotype Composition and Identity of Varieties of Winter Wheat according to Grain Prolamines. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. Vol. 29. No. 11. Pp. 52-54 (In Russ.).
Требования к оформлению статей в журнале «достижения науки и техники АПк»
В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.
Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.
В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.
Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.
Объем публикации 10-14 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.
Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.
На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: agroapk@mail.ru.
Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.
Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.
Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.
