CC BY
20
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 633.11.«324»:575.116.12
генетическим анализ изоферментов
бета-амилазы мягкой пшеницы
В.П. НЕЦВЕТАЕВ, доктор биологических наук, зав. лабораторией
Л.С. БОНДАРЕНКО, младший научный сотрудник
О.В. АКИНШИНА, младший научный сотрудник
Белгородский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Октябрьская, 58, Белгород, 308001, Россия
Е-таИ: [email protected]
Резюме. На основе анализа F2, полученного в результате гибридизации сорта пшеницы РугоШ с изогенными линиями, которые были созданы на базе сорта Новосибирская 67, устанавливали хромосомы критические в отношении генетического контроля изоферментов бета-амилазы. Разделение бета-амилаз проводили в трис-глициновой системе полиакриламидного геля (рН 8,3). Для идентификации локуса в-Ату-А 1 маркировали хромосому 5АL генетическим фактором В1Ь1 (безостость/остистость). Для определения локуса в-Ату^ 1, хромосому 4DL маркировали геном ЯМ 2. В таких условиях электрофореза спектр бета-амилазы сорта Руго^х разделялся на три зоны активности, обозначенных в соответствии с ростом подвижности символами от А до С и D. Спектр бета амилаз сорта Новосибирская 67обеднен и занимает промежуточную зону подвижности - В. Сдвоенный компонент А бета-амилазы сорта Рую^к контролируется локусом в-Ату-А 1, который расположен на расстоянии 13,70+3,37% рекомбинации от факторов В1Ь1 (безостость/остистость). Наиболее подвижный сдвоенный компонент D этого сорта показал сцепление с локусом ЯМ 2, ответственным за рост растений пшеницы, на уровне 38,89+4,75% рекомбинации. Генетический анализ компонента В, находящегося под дигенным контролем, дал близкую величину сцепления бета-амилазного фактора с геном ЯМ 2 равную 33,40+10,31%рекомбинации. Следовательно, компонентDсорта Руго^х находится под контролем локуса в-Ату^ 1. ключевые слова: изоферменты бета-амилазы, мягкая пшеница, сцепление генов, хромосомный контроль, рекомбинация, сорт РугоМх.
для цитирования: Нецветаев В.П., Бондаренко Л.С., Акиншина О.В. Генетический анализ изоферментов бета-амилазы мягкой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29 . № 4. С. 17-19.
Согласно данным ряда исследователей [1, 2, 3] изоферменты бета-амилазы контролируют три локуса в-Ату-А1, в-Ату-В1, в-Amy-D1, расположенные соответственно в хромосомах 5AL, 4BL, 4DL. При разделении этих энзимов для генетического анализа упомянутые авторы использовали изоэлектрофоку-сирование. В то же время, обычный электрофорез - более экономичный и достаточно эффективный метод при проведении массовых анализов. Учитывая, что методика разделения фермента меняет его спектр, необходим дополнительный генетический анализ для идентификации локусов, ответственных за их синтез. Это и стало целью наших исследований.
Условия, материал и методы. Для идентификации локуса в-Ату-А1 хромосому 5АL маркировали генетическим фактором В1Ь1 (безостость vs. остистость), локуса в-Amy-D1 -хромосому 4DL маркировали геном ЯМ 2. На основе оценки сцепления локусов, контролирующих изоферменты бета-амилазы, с маркерными генами устанавливали за какие изоэнзимы
электрофоретического спектра ответственны те или иные хромосомы пшеницы.
Материалом для исследования послужили две гибридные комбинации мягкой пшеницы F2 РугоМх х АНК-14А и F2 АНК-12 х РугоМх. Родительские формы АНК-12 и АНК-14А, полученные от С.Ф. Коваля (Новосибирск) - это почти изогенные линии сорта Новосибирская 67, несущие, соответственно, рецессивные гены rht2 (полукарликовость) и Ь1 (остистость).
Короткостебельность линии АНК-12 обусловлена введением в геном рецессивного фактора rht2 от японского сорта N0^ 10 [4], описание которого дано ранее [5]. Остистость АНК-14А обусловлена геном Ь1 [4], расположенным в хромосоме 5А [6].
Бета-амилазы выделяли из созревших зерен. Разделение энзимов осуществляли с помощью вертикального электрофореза в пластинах полиакриламидного геля, рН 8,3 [7].
Для генетического анализа пользовались критерием X2 [8-10]. Оценку сцепления между генами осуществляли методом максимального правдоподобия на основе уравнений и формул описанных ранее [11].
результаты и обсуждения. Сопоставление спектров зимотипов бета-амилаз родителей и расщепляющегося потомства F2 свидетельствует о том, что различия в электро-фореграммах затрагивают все зоны активности фермента (рис. 1 и 2) - по энзиматическим зонам, обозначенным заглавными буквами, наблюдалось расщепление.
Результаты расщепления по генетическим факторам, которые контролируют изоферменты бета-амилазы и остистость колоса в комбинации F2 РугоМх х АНК-14А, свидетельствуют о том, что наименее подвижный сдвоенный компонент фермента, обозначенный символом А, показал моногенный тип наследования. Синтез энзима В контролировали два гена. На зону активности бета-амилазы, обозначенную символом С, также влияют два локуса. Наиболее подвижный сдвоенный компонент D фермента, судя по расщеплению (табл. 1), контролирует один генетический фактор. Результаты оценки расщепления по признаку безостость vs. остистость (В1Ь1) в F2 РугоМх х АНК-14А подтвердили моногенный тип наследования (табл. 1).
рис. 1. Зимограммы бета-амилаз мягкой пшеницы: 1-9 - F2 АНК-12 х РугоМх, Р1 - РугоМх, Р2 - (гМ2). Буквы обозначают символы зон активности фермента.
Изоэнзим D показал независимое наследование по отношению к изоэнзиму А, находящемуся под контролем хромосомы 5АL. Следовательно, за его синтез ответственна другая хромосома. В связи с этим мы исследовали другую комбинацию скрещивания F2 АНК-12 х РугоМх, в которой родители отличались по высоте растений, обусловленной геном ИМ2. Ген гЫ2 находится в длинном плече рис. 2. Схемы изоферментов бета-амилазы мягкой пшеницы: Р1 - РугоМх; Р2 - АНК-14А хромосомы 4D на расстоянии (Новосибирская 67); 1-4 - некоторые варианты фермента в F2 15 ед от центромеры [5]
Известно, что ген Ь1 расположен в длинном плече Полученные данные подтвердили наши предположе-хромосомы 5А на расстоянии 2,3+2,3% рекомбинации ния о том, что различия в активности фермента в зоне А от локуса р-Ату-А1 [1, 6]. В связи с этим, было оценено обусловлены аллелями одного гена, а в зоне В - алле. . лями по двум локусам. Для Таблица 1. расщепление изоферментов по генетическим факторам , ^
изофермента D установлен
моногенный тип наследования, которому соответствовало расщепление по высоте растения (табл. 3).
Результаты оценки сцепления локусов, ответственных за синтез бета-амилазы, с геном ЯМ2 свидетельствуют,
сцепление локусов, контролирующих разные изофер- что локус, ответственный за синтез изоэнзима D, показал менты бета-амилазы, с фактором Ь1 в представленой сцепленное наследование с высотой растений. Сцепление комбинации скрещивания (табл. 2). между геном ЯМ2 и локусом, контролирующим синтез
Таблица 2. оценка сцепления локусов, контролирующих синтез изоферментов бета-амилазы ДО-р), и фактора В1Ь1 в комбинации F2 Pyrotrix х Анк-14А
Символы аллелей У ге. V Фенотипические классы в Р2 Х 3:1 Х 15:1
У V
А х а 107 25 2,59 36,28
В х Ь 119 13 16,16 2,91
С х с 119 13 16,16 2,91
0 х с1 98 34 0,04 85,73
В1 х Ь1 108 24 3,27 32,07
Символы аллелей Фенотипы в Р2 Фаза X2, Процент рекомбинации
А * В а Ь В_ ЬЬ
А| х Щ А 100 7
а-р Ь1 аа 8 17 притяж. 25,52 13,70+3,37
Ч х А 84 23
а-в б-в аа 14 11 притяж. 3,63 независимая
Сф х А-,Х-,-- 107 12
с-в а-в аа, X-,-- 0 13 притяж. 72,45 0,00+2,51
В-в х В1 А-,Х-,-- 95 24
Ь-в Ь1 аа, Х-,-- 13 0 отталкив. 4.99 0,28+17,41
Результаты проведенных исследований указывают на то, что расщепление между изоэнзимом А и признаком остистость vs. безостость не подчиняется независимому наследованию соответствующему отношению 9:3:3:1 (х2о = 31,38; Р<0,01). Поэтому критерий =25,52 и подтверждает эффект сцепления генов. Полученное расщепление продемонстрировало сцепление между локусами, контролирующими вариант энзима А, с геном Ь1 величиной в 13,70+3,37% рекомбинации. Таким образом, очевидно, что этот зимотип контролирует локус р-Ату-А1, расположенный в хромосоме 5АL. Судя по оценке сцепления генетических факторов, ответственных за синтез компонентов в зонах В и С, с геном контролирующим изоэнзим А (см. табл. 2), можно сделать вывод, что одни из генов, ответственных за различия в активности в этих зонах, аллелен локусу, контролирующему изофермент А.
бета-амилазы в зоне D, находится на уровне 38,89+4,75% рекомбинации (табл. 4). Величина сцепления одного из генов, контролирующих изофермент В, была близкой по значению и равна 33,40+10,31% рекомбинации.
Следовательно, за синтез изофермента D ответственен локус \i-Amy-D1, расположенный в хромосоме 4DL. Альтернативный аллель этого локуса, наряду с локусом р-Ату-А1, ответственен за синтез бета-амилазы в зоне В.
выводы. Таким образом, за синтез изофермента D, сорта РугоМх, ответственен локус p-Amy-D1, расположенный в хромосоме 4DL на расстоянии около
Таблица 3. расщепление по генетическим факторам, контролирующие изоферменты бета-амилазы и высоту растения (ген ЯМ2) в комбинации F2 Анк-12 х Pyrotrix
Символы аллелей Фенотипические классы в Р2 Х 3:1 Х 15:1 Х 63:1
У vs. у У 1 У
А х а 140 52 0,44 142,22 813,03
В х Ь 180 12 36,00 0,00 27,43
0 х с 138 54 1,00 156.80 880,76
Г1М2 х гЫ2 156 36 4,00 51,2 368,76
Таблица 4. оценка сцепления локусов, контролирующих синтез изофермен-тов бета-амилазы (Х-р), и фактора ЙМ2 в комбинации F2 АНК-12 х Pyrotrix
Символы аллелей
A X B a b
Фенотипы в F„
bb
Фаза
X2l
Процент рекомбинации
A-в X Rht2 a-в rht2 D-в XRht2 d-в rht2 B-в X Rht2 b-в X rht2
A_ aa A_ aa A-C-,--aaC-,--
115 41 118 38 147 9
25 11 20 16 33 3
притяж. притяж. притяж.
0,14 5,49 89,87
независимая 38,89+4,75 33,40+10,31
36% рекомбинации от гена ЙМ2. Изофермент А бета-амилазы этого сорта, контролируется локусом р-Ату-А1, который находится в хромосоме 5АL на расстоянии 13,7% рекомбинации от гена Ь1.
Сорт РугоМх может служить тестером для идентификации аллельных вариантов изоферментов бета-амилазы у различных форм мягкой пшеницы, контролируемых локусами р-Ату-А1 и \i-Amy-D1.
Литература.
1. Ainsworth C.C., Gale M.D., Baird S. The genetics of beta-amylase isozymes in wheat. Allelic variation among hexaploid varieties and intrachromosomal gene locations // Theoretical and Applied Genetics. 1983. V. 66. P. 39-49.
2. Sharp P.J., Desai S., Gale M.D. Isozyme variation and RFLPs at the beta-amylase loci in wheat // Theoretical and Applied Genetics. 1988. V. 76. P. 691-699.
3. Mcintosh R.A., Hart G.E., Devos K.M., Gale M.D., Rogers W.J. Catalogue of gene symbols for wheat // Proceedings of the 9th International Wheat Genetics Symposium. Saskatchewan, 1998. V. 5. P. 88. 155-156.
4. Коваль С.Ф., Коваль B.C., Шаманин В.П. Изогенныелинии пшеницы. Монография. Омск: Омскбланкиздат, 2001. 152 с.
5. McVittie J.A., Gale M.D., Marshall G.A., Westcott B. The intra-chromosomal mapping of the Norin 10 and Tom Thumb dwarfing genes//Heredity. 1978. V. 40. P. 67-70.
6. Mcintosh R.A., Hart G.E., Devos K.M., Gale M.D., Rogers W.J. Catalog of gene symbols for wheat // Proceedings of the 9th International Wheat Genetics Symposium. Saskatchewan, 1998. V. 5. 235 p.
7. Нецветаев В.П., Акиншина О.В., Бондаренко O.C., Моторина И.П. Полиморфизм по бета-амилазе зерна озимой мягкой пшеницы// Генетика. 2012. Т. 48. №2. C. 168-174.
8. Persson G. An attempt to find suitable genetic markers for dense ear loci in barley. I. // Hereditas. 1969. V. 62. P. 25-96.
9. Рокицкий П.ф. Введение в статистическую генетику. Минск: Вышейшая школа. 1974. C. 7-442.
10. Нецветаев В.П. Руководство по генетическому анализу растений. Учеб.-метод. пособие. Белгород: БелГУ, 2008. 35 с.
11. Allard R.W. Formulas and tables to facilitate the calculation of recombination values in heredity// Hilgardia. 1956. V. 24. No. 10. P. 235-278.
GENETIC ANALYSIS OF ISOENZYMES OF BETA-AMYLASE IN SOFT WHEAT
V.P. Netsvetaev, L.S. Bondarenko, O.V. Akinshina
Belgorod State Research Institute of Agriculture, Oktyabr'skaya str., 58, Belgorod, 308001, Russia
Summary. The chromosomes, which are crucial for the genetic control of isoenzymes of beta-amylase, were determined based on the analysis of F2. This generation was obtained by hybridization of spring wheat variety Pyrotrix with isogenous lines, developed on the basis of variety Novosibirskaya 67. Separation of beta-amylases was performed in Tris-glycine polyacrylamide gel system (pH 8.3). To identify beta-Amy-A1 locus we marked the chromosome 5AL by genetic factors B1b1 (baldness vs. beardedness). To determine locus beta-Amy-D1, the chromosome 4DL was marked by gene Rht 2. Under these conditions, electrophoresis spectrum of beta-amylase of variety Pyrotrix divided into three areas of activity designated in accordance with the increase in the mobility as symbols from A to C and D. The spectrum of beta-amylases of variety Novosibirskaya 67 depleted and occupied an intermediate zone of mobility - B-zone. The dual component A of beta-amylase of variety Pyrotrix is controlled by locus beta-Amy-A1, located at a distance of 13.70 + 3.37 % recombination to factors B1b1 (baldness vs. beardedness). The most mobile dual component D of this variety showed linkage with Rht 2 locus, responsible for the growth of wheat plants, at the level of 38.89 + 4.75 % recombination. Genetic analysis of component B, which is under control of two loci, showed the close value of linkage of beta-amylase gene with Rht2 factor, 33.40 + 10.31 % recombination. Consequently, the component D of variety Pyrotrix is controlled by beta-Amy-D1 locus. Key words: beta-amylase isoenzymes, soft wheat, linkage of genes, chromosome control, recombination,variety Pyrotrix. Author details: V.P. Netsvetaev, Dr. Sc. (Biol.), Head of Laboratory (e-mail: [email protected]); L.S. Bondarenko, Junior Researcher; O.V. Akinshina, Junior Researcher
For citation: Netsvetaev V.P., Bondarenko L.S., Akinshina O.V. Genetic analysis of isoenzymes of beta-amylase in soft wheat. Dosti-zheniya naukii tekhnikiAPK. 2015. T. 29. № 4. pp. 17-19 (In Russ)
ИНФОРМАЦИЯ
россельхозбанк профинансировал строительство крупного агрокомплекса в воронежской области
При финансовой поддержке ОАО «Россельхозбанк» в Воронежской области введена в эксплуатацию вторая очередь крупнейшего в региональном АПК инвестиционного проекта по созданию свинокомплекса, который реализует группа компаний «АГРОЭКО». Общий объем кредитных вложений банка в проект составит порядка 10 млрд руб.
В июне 2013 г. ГК «АГРОЭКО» завершила первый этап инвестпроекта, построив три свиноводческих комплекса общей мощностью 300 тыс. гол. в год. В рамках второй очереди банк профинансировал строительство еще двух свинокомплексов общей мощностью 200 тыс. гол. в год, завода по производству комбикормов (40 т/ч) и зернохранилища (до 60 тыс. т).
Инвестиционный проект группы компаний «АГРОЭКО» - один из крупнейших в регионе, включен в Программу социально-экономического развития Воронежской области со статусом «особо значимый». Благодаря его реализации было создано 1200 новых рабочих мест, из них 1070 - на селе. По итогам 2014 г. ГК «АГРОЭКО» вошла в число 20 крупнейших производителей свинины в Российской Федерации.
по материалам управления общественных связей оао "Россельхозбанк"
