CC BY
40
Генетический контроль за качеством семян по электрофореграммам белков зерна
Н.Г. Копусь, М.М. Копусь, Т.И. Фирсова, Всероссийский НИИ зерновых культур
В начале 1970-х гг. в мире возникло направление исследований, которое получило название биохимической генетики (Г. Харрис). Пионерами развития этих исследований в нашей стране стали академики А.А. Созинов (ВСГИ) и В.Г. Конарев (ВИР). В Донском селекцентре эти исследования начали развиваться с 1983 г., а на Северо-Донецкой ГСХОС - с 1985 г. (М .М. Копусь). Их базисом было одновременное использование важнейших достижений молекулярной биологии (связь между генами и белками), биохимии (электрофорез, как наиболее совершенный метод разделения биополимеров) и классической генетики (гибридологический анализ).
Одним из важнейших положений биохимической генетики стало открытие того, что на биохимическом уровне в гетерозиготе всегда функционируют оба аллеля (от матери и от отца). Следовательно, в белки наследуются только по
промежуточному кодоминантному типу. В дан-
ном случае доминантность или рецессивность не пригодны. Исследованиями было установлено, что в гетерозиготном триплоидном эндосперме интенсивность электрофоретических компонентов зависит от дозы генов материнской и отцовской форм. В связи с этим у злаков на уровне отдельных зерен типичное (менделевское) соотношение классов 1:2:1 меняется на 1:1:1:1. Отсюда исходит, что семенем может быть только то, на электрофореграмме белка которого одновременно будут присутствовать все белковые компоненты матери и отца. Здесь необходимым условием является то, чтобы исходные фермы гибрида отличались между собой аллельным состоянием хотя бы по одному локусу, а на электрофореграмме семени можно было бы идентифицировать хотя бы один отцовский компонент. Это положение будет работать только тогда, когда исходные линии будут отвечать генетическому понятию «линии». В идеале это значит, что все локусы будут находиться в гомозиготном состоянии (рис. 1) и (рис. 2).
Исходя из этого положения уже разработаны пригодные для массовых анализов методики элек-
Б-19
********
Б-19
«нагчнмч^
щтти*.
Щаежж».
Б1
«Мгимв*
Б1
Од-2бС?
Од-26 С?
Рис. 1 - Электрофореграммы гибридов Р1 в зависимости от матери и отца исходных родителей: Б-1 - Безостая I, Од - 26 - Одесская 26
Рис. 2 - Особенности расщепления по электрофоре-граммам белков в популяции зерен и растений
0£оС вги вел. с1<1
Ю и 18 *А
I П 01 IV V у.й!
Рис. 3 - Первый каталог идентифицированных блоков компонентов от скрещивания сортов Безостая 1(1) и Кавказ (II), Безостая I (I) и Восход (III), Безостая 1(1) и Днепровская 521 (IV), Безостая I (I) и Одесская 26 (V), Безостая I (I) и Одесская 3 (VI б!) (1976 г.)
Рис. 4 - Каталог идентифицированных блоков компо- Рис. 5 - Каталог блоков компонентов глиадина сортов
нентов глиадина на КГ у озимых мягких пшениц (стандартная методика, 1986 г.)
озимой мягкой пшеницы при электрофорезе на ПАГЕ (стандартная методика - 1984 г.)
Рис. 6 - Каталог идентифицированных блоков компонентов глиадина тургидных (твердых) (т) озимых пшениц на КГ (стандартная методика - 1990 г.)
трофореза зерна кукурузы, каферина сорго, гели-антинина подсолнечника и других культур. Для упрощения работы по многим гибридам этих культур создаются так называемые эталоны элект-рофореграмм того или другого гибрида. По ним сравниваются электрофореграммы белков материнской линии, и отцовской линии, а также определенные компоненты отцовской линии, присутствие которых является доказательством гибридного происхождения семени.
Еще более простым является контроль генетической чистоты семян самоопылителей (пшеница, ячмень, рис, горох, соя и др.). В идеальном случае у линейного сорта все зерна должны иметь одну и ту же электрофореграмму белка (глиадина, гордеина, оризеина, легумина и др.). Мы используем эти методы при оценке линий и сортов питомников первичного семеноводства П1 и П2. Опыт показывает, что аналогичный контроль необходим и для партий семян суперэлиты, поскольку возрастает уровень механического засорения.
На рисунках 3-6 показаны каталоги блоков компонентов (аллели) глиадинов пшениц, по которым в настоящее время проводится запись формул сортов, их биотипов, а также определяется генетический потенциал (табл. 1-4).
3. Рейтинг основных генетических факторов, влияющих на качество муки
Хромо- Гли-аллели / баллы
сома 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4
1А 1 8 8 8 8 2 10 6 6 6 0 2 2
1В 10 4 0 10 8 0 4 5 5 4 3 5
1Д 6 2 1 1 5 4 1 4 4 2 1 0
6А 2 2 4
6В 2 4
6Д 2 3
4. Градация сортов озимой пшеницы по генетическому потенциалу, селекции ДС-ВНИИСЗК
Сорт Глиадин Белок Рей- тинг, балл
формула оцен- ка балл % балл
1А 1В 1Д 6А 6В 6Д
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ростовчанка 2 3+4 1 7 3 1 1 Х++ 29 17,1 15 44
Зерноградка 6 3 1 7 1 1 1 Х+ 28 16,6 13 41
Донщина 3 1 7 1 1 1 Х++ 29 15,2 6 35
Донская юбилейная 4 1 7 1 1 1 Х 27 15,3 6 33
Донская интенсивная 3 1 1 1+3 1 1+2 Х+ 28 15,4 7 34
Дон 85 5 1 7 1 1 1+2 Х+ 28 14,9 5 33
Донская полуинтенсивная 3 1 1 3 1 1 Х+ 28 14,6 3 31
Эритросперм 955 5 4 1 3 1 1 Х+ 28 14,4 2 30
Дон 9з 3 1 7 1 1 1 Х+ 28 14,2 1 29
Донская нива 4 1 7 1 1 1 Х+ 27 14,2 1 28
Колос Дона 4+5 1 1 3 1 1 Х+ 27 14,2 1 28
Донсимб 4 1 1 1 1 1+2 Х 26 14,3 1 27
Зерноградка 8 4 7+1 7 3 1 1 Х 26 14,8 4 30
Подарок Дону 4 1 2 1 1 1 Х 25 14,6 3 28
Дон 95 3 1 1 1 1+2 Х+ 28 13,9 0 28
Зерноградка 9 3 1 4 1 1 1 Х+ 28 15,5 7 35
Дар Зернограда 5+4 1 2 1 1 2+1 Х 26 15,3 6 31
Донской маяк 3+4 1 2 1+3 1 1 Х 26 15,5 7 32
1. Глиадин пшеницы с максимально выраженными признаками на генофоне сорта Безостая 1
Признак Аллели Гли-локусов хромосом
1А 1В 1Д 6А 6В 6Д
Качество 7 1 0 3 2 2
муки (4,5,3)* (4,5) (4,5,7)
Морозо- 1 5 5 3 2 2
стойкость (6,2) (13,4,2,7) (7,6,4)
Продуктив- 1 4 1 1 1 1
ность (6, 2, 4, 3) (7, 2, 3, 1) (2,3)
По всем
признакам 4, 5, 3 1, 4 5, 7 3,1 2,1 2,1
*- аллели в скобках незначительно меняют выражение признака
2. Шкала для селекционной оценки генотипов по Гли-аллелям при типичном глютенине, Ьаг<1-консистенции и уровне белка не ниже 14% (качество, морозостойкость)
Признак Аллели Гли-локусов хромосом
1А 1В 1Д 6А 6В 6Д
Отличный 2,3, 4, 5 1, 4 7, 5,4 3 1, 2 1,2
Хороший 2,3, 4, 5 1, 4 1, 2, 3 1,3 1, 2 1,2
Средний 2,3, 4, 5 2, 7,3 7, 5,4 1,3 1, 2 1,2
Удовлетво- 1+4,2,3, 2,7 1,2, 3, 1,3, 1,2, 1,2,
рительный 4, 5, 3 3 4, 5,7 3 2 2
Плохой 1, 6, 4, 2, 7 1,2, 3, 1,3 1, 2 1,2
5,3 3 4, 5,7
Продолжение таблицы 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Зерноградка 10 5 1 7 3 1 1+2 0 32 15,9 9 41
Ермак 3 1 7+1 3 1 1 Х++ 29 15,5 7 36
Зарница 4 1 4 3 1 1 Х++ 30 16,6 13 43
Станичная 4 1 4 1+3 1 1 Х++ 29 16,3 11 40
Зерноградка 11 3 1+7 4+7 3 1 Х+ 28 15,7 8 36
Донской сюрприз 3+4 1 7 1 1 1 Х+ 28 14,9 5 33
Ростовчанка 3 3+4 1 7 3 1 1 Х++ 29 16,5 12 41
Конкурент 4 1 7 1 1 1 Х+ 27 15,8 9 36
Памяти Калиненко 3 1 1 1 1 1 Х 26 14,4 2 28
Гарант 5 1 7 1+3 1 1 Х++ 29 13,4 -2 27
Гранит 3 1 7 1 1 1 Х+ 28 15,4 5 33
Танаис 3 1 7 1 1 1 Х+ 28 15,1 5 33
Донской простор 4 1 7 1 1 1 Х+ 28 14,5 2 30
Витязь 3 1 2 1 1 1 Х 25 13,5 -2 23
Вояж 5 1 4 3 2 1 0 28 14,0 0 28
Новинка 13 4х - 3т+2 3 - - - 17,6 412 мг/%
Новинка 2 4 1т - 2 2 - - - 18,3 406 -
Новинка 3 13х 1т - 4т 2 - - - 17,4 413 -
Новинка 4 4 1 - 3т 1 - - - 15,5 584 -
Новинка 5 4 1 - 3т 1 - - - 15,3 511 -
Донской янтарь 4 2+1 - 3т 2+1 - - - 15,0 507 -
Дончанка 13х 4т - 3т 1 - - - 15,2 520 -
Жемчужина Дона 13х 9т - 3т 2 - - - 15,0 426 -
Топаз 4 1 - 3т 2 - - - 14,8 445 -
Гелиос 13х 4т - 3 1 - - - 14,5 443 -
Терра 13х 6т - 1 1 - - - 14,2 530 -
Аксинит 5 1 - 4т 2 - - - 15,0 450 -
Таким образом, использование белковых маркеров целесообразно при закладке семенных питомников (П-1, П-2), как поли-, так и моно-морфного сорта. В первом случае это необходимо для поддержания биотинного состава (их соот-
ношения), во втором - для поддержания чисто-линейности сорта. Во всех случаях необходим контроль за примесями, выявить которые по внешним признакам не всегда возможно.
