CC BY
60
УДК 575.174.015.3:633.11 М.З. Ибрагимова, А.В. Остапенко
ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ СИБИРСКИХ СОРТОВ ОВСА AVENA L.
ПО СПЕКТРАМ АВЕНИНА
M.Z. Ibragimova, A.V. Ostapenko
GENETIC DIVERSITY OF SIBERIAN OATS VARIETIES AVENA L. CHARACTERISTICS ACCORDING TO THE SPECTRA OF AVENIN
Ибрагимова М.З. - асп. каф. растениеводства и Ibragimova M.Z. - Post-Graduate-Student, Chair
плодоовощеводства Красноярского государст- of Plant, Fruit and Vegetable Growing, Krasno-
венного аграрного университета, г. Красноярск. yarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk.
E-mail: [email protected] E-mail: ib [email protected]
Остапенко А.В. - асп., лаборант лаб. сортовой Ostapenko A.V. - Post-Graduate Student, Labora-
идентификации семян Государственного аграр- tory Assistant, Lab. of Quality Identification of Seeds,
ного университета Северного Зауралья, г. Тю- State Agrarian University, of Northern Ural Territory,
мень. E-mail: [email protected] Tyumen. E-mail: ostapenkoav88@yandex.
Авенин - это полиморфный, сортоспеци-фичный спирторастворимый запасной белок, успешно применяющийся для анализа генетического разнообразия овса. Компоненты аве-нина наследуются группами и контролируются тремя независимыми локусами Ауп А, Ауп В и Ауп С. Целью исследования было изучение генетического разнообразия допущенных к использованию в Сибири сортов ярового овса по электрофоретическим спектрам авенина. На основе полученных электрофоретических спектров запасных белков проанализирован аллельный состав авенин-кодирующих локусов сортов овса посевного. Два из исследованных сортов были гетерогенными и состояли из 2 биотипов. По локусу Ауп А не идентифицированы аллели для четырёх исследованных сортов. Возможно, эти аллельные варианты могут выступать в качестве маркеров адаптивности форм овса к сибирским условиям. По локусу Ауп В в спектрах исследованных сортов обнаружено 5 различных аллелей, только один из них отсутствует в имеющихся каталогах. Два сорта гетерогенны по этому локу-су. Межсортовые отличия по локусу Ауп С минимальны: у 6 сортов идентифицирован вариант С2, у отдельных сортов выявлены аллели С1, С5 и С6. Все проанализированные сорта отличались друг от друга по компонентному составу авенина, что в большей степени свя-
зано с высоким уровнем полиморфизма прола-минов, контролируемых локусом Avn В. Полученные результаты могут быть использованы для идентификации сортов, определения степени их родства, а также при контроле сортовой чистоты партий семян.
Ключевые слова: овёс, сорт, электрофорез, авенины, биотип, локусы, аллели.
Avenin is polymorphic, specific alcohol-soluble spare protein which is successfully applied to the analysis of a genetic variety of oats. Components of avenin are inherited by groups and controlled by three independent loci of Avn A, Avn B and Avn C. The research objective was studying of a genetic variety of the grades of summer oats recommended for using in Siberia on electroforetic ranges of avenin. On the basis of the received electroforetic ranges of spare proteins the allelic structure of the avenin-coding loci of grades of oats sowing were analyzed. Two of the studied grades were heterogeneous and consisted of 2 biotypes. On a locus of Avn A alleles for four studied grades were not identified. Perhaps, these allelic options can act as markers of adaptability of forms of oats to the Siberian conditions. On Avn B locus in ranges of the studied grades 5 various alleles were revealed, only one of them was missing in the available catalogues. Two grades were heterogeneous on this locus. Interhigh-quality differences on a locus of
Avn C were minimal: at 6 grades the C2 option was identified, at separate grades alleles of C1, C5 and C6 were revealed. All analyzed grades differed from each other on the component structure of avenin that was connected with the high level of polymorphism of the prolamin controlled by Avn B locus. The results can be used for variety identification, determination of the extent of their relationship, and also in control of varietal purity batches of seeds.
Keywords: oats, grade, electrophoresis, avenins, biotype, loci, alleles.
Введение. Для идентификации и регистрации сортов и биотипов зерновых культур успешно используется электрофорез запасных белков зерна - проламинов, состав спектров которых стабилен и не зависит от условий выращивания сортов. Полиморфным, сортоспецифичным и удобным для сортовой идентификации овса выступает спирторастворимый запасной белок -авенин [1-3].
Электрофоретические спектры проламина овса состоят из двух зон, соответствующих биохимическим фракциям а- и в-глиадинов пшеницы, а также зоны быстрых проламинов (БП). Каждая зона содержит определенное число по-
зиций, которые заняты электрофоретическими компонентами авенина. Эти компоненты наследуются группами (блоками) и контролируются тремя независимыми локусами: Avn Д Avn B и Avn С [2, 3].
Цель исследования. Изучить генетическое разнообразие допущенных к использованию в Сибири сортов ярового овса по электрофорети-ческим спектрам авенина.
Задачи: провести идентификацию аллелей по авенин-кодирующим локусам и составить генетические формулы для исследованных образцов; охарактеризовать генетические различия между сортами на основе полиморфизма по локусам Avn A, Avn B и Avn С.
Объекты и методы исследования. Материалом для исследования послужили образцы семян, полученных от оригинаторов, сортов овса посевного, возделываемых в пяти регионах Сибири. В Красноярском крае созданы и возде-лываются три из проанализированных сортов, а основные площади сортовых посевов овса в этом регионе занимают Саян и Сиг. Семь из исследованных образцов допущены к использованию (табл. 1, 2).
Сорт Учреждение-оригинатор Регион и год районирования Происхождение
1 2 3 4
Аргумент АНИИСХ Западно-Сибирский регион, 2005 [Вперед х Льговский 1026] х [Алтайский 1 х Harmon (Канада)]
Голец Красноярский НИИСХ Восточно-Сибирский регион, 2008 Коллекционный образец ВИР (К-1931), Китай
Ровесник СибНИИРС, Кемеровский НИИСХ Восточно-Сибирский, Западно-Сибирский регионы, 1995 Химический мутант сорта Новосибирский 88
Саян Красноярский НИИСХ, ВИР Восточно-Сибирский регион, 1994 Таёжник x Grizzly
Сельма ВНИИ сои, НИИСХ Северо-Востока Восточно-Сибирский, Волго-Вятский, Дальневосточный регионы, 1975 Palu х Saxa, Швеция
Таблица 1
Характеристика происхождения исследованных сортов овса
Окончание табл. 1
1 2 3 4
Сиг СибНИИ кормов Западно-Сибирский регион, 2008 (Орел х Таёжник) х Сельма
Талисман НИИСХ Северного Зауралья, Нарым-ская ГСС Восточно-Сибирский, Западно-Сибирский, Дальневосточный регионы, 2002 Flamingsnova (к-13401) х Метис
Тубинский Красноярский НИИСХ Восточно-Сибирский регион, 2004 Flamingsvita (к-13851,ФРГ) хЛ-523-6 (химический мутант Сельмы)
Таблица 2
Хозяйственная характеристика исследованных сортов овса
Сорт Хозяйственная характеристика сорта
Аргумент Разновидность mutica. Среднепоздний, вегетационный период 75-96 дней. Урожайность сухой массы 52,4 ц/га, максимальная 62,4 ц/га. Устойчивость к полеганию выше средней. Содержание белка в зерне 9,2-14,2%, масса 1000 зерен 3645 г. Сорт устойчив к пыльной головне, умеренно восприимчив к корончатой ржавчине и бактериальному ожогу. Кормовой
Голец Разновидность inermis. Среднеспелый, вегетационный период 84 дня. Средняя урожайность 19,6 ц/га. Ценный по качеству зерна. Содержание белка в зерне 16,52%, масса 1000 зёрен 20,0 г. Среднеустойчив к полеганию и осыпанию. Сильно восприимчив к пыльной головне
Ровесник Разновидность obtusata. Раннеспелый, устойчив к полеганию и пыльной головне. Урожайность зерна 43,7 ц/га, масса 1000 зёрен 44-51 г, содержание белка в зерне 12,0-13,5%
Саян Разновидность aurea. Среднеспелый, вегетационный период 86 дней. Ценный по качеству зерна. Урожайность 55 ц/га. Обладает хорошей устойчивостью к полеганию. Устойчив к пыльной головне
Сельма Ценный по качеству зерна. Масса 1000 зёрен 40-42 г. Содержание белка в зерне 12,5-13,7%. Корончатой ржавчиной и пыльной головней поражается выше среднего, мучнистой росой и бактериальным ожогом - слабо
Сиг Разновидность aristata. Средняя урожайность 30,1 ц/га. Устойчив к пыльной и твердой головне. Ценный по качеству зерна. Масса 1000 зёрен 35,7-43,8 г, содержание белка в зерне 9,3-12%
Талисман Разновидность mutica. Среднеспелый, вегетационный период 77-89 дней. Средняя урожайность 31,5 ц/га. Содержание белка в зерне 9,3-15,4%. Устойчивость к полеганию выше средней. Сильно восприимчив к пыльной головне и корневой ржавчине, восприимчив к мучнистой росе. Ценный по качеству зерна
Тубинский Разновидность mutica. Среднеспелый, вегетационный период 71-89 дней. Средняя урожайность 30,1 ц/га. Содержание белка в зерне 8,0-12,5%, масса 1000 зёрен 34-41 г. Устойчивость к полеганию средняя. Восприимчив к бактериальному ожогу, сильно восприимчив к пыльной головне, корончатой ржавчине и красно-бурой пятнистости. Зернофуражный
Электрофорез авенинов овса проводили в вертикальных пластинах полиакриламидного геля, применяя стандартную методику [7] с некоторыми модификациями [8]. В качестве стандарта при идентификации спектров использовали сорт овса Астор с формулой авенина Луп А2В4С2 [5, 9]. Для исследования сортов брали от 20 до 40 отдельных зёрен из образцов семян, полученных от оригинаторов сортов. Анализ проводили в лаборатории сортовой идентификации семян АТИ ГАУ Северного Зауралья (г. Тюмень).
Сорта овса могут быть гетерогенными (иметь несколько типов спектра) по компонентному составу авенина. К появлению полиморфного сорта приводят разные факторы, в том числе и особенности селекционного процесса. Также неоднородность может быть вызвана простым механическим засорением основного сорта зерновками других сортов [4-6]. При идентификации генотипов применяли следующие критерии: если спектры всех зерновок сорта одинаковы,
то сорт считали гомогенным; если присутствовали несколько типов спектров, незначительно отличающихся друг от друга и имеющих в сорте равные доли, - гетерогенным. Одиночные зерновки, отличающиеся по спектрам авенинов от основной массы зёрен сорта, расценивали как примесь.
Результаты исследования. Полученные электрофоретические спектры запасных белков позволили охарактеризовать состав сортов овса посевного по аллелям локусов авенина.
При исследовании сорта Аргумент обнаружено два типа спектров. Из исследованных зерновок только одна отличалась по спектру от остальных (аллелем по локусу Луп В). Генетическая формула авенина преобладающего числа зерновок - Луп А2В1С5 (рис. 1,а), отличающейся зерновки - Луп А2В4С5 (рис. 1,б), что, вероятно, связано с механическим засорением семян. Однако минимальное отличие второй формулы от первой может свидетельствовать о наличии минорного биотипа в сорте.
а б
Рис. 1. Электрофоретические спектры и схемы авенинов сорта Аргумент (здесь и на остальных рисунках St - сорт Астор)
На электрофореграммах сорта Голец выявлено три типа спектров (рис. 2). Формула первого имела вид Луп А2В3С6. Спектр второго типа совпадал со спектром сорта Астор, его генетическая формула Луп А2В4С2. Формула третьего типа, встретившегося у одной зерновки, - Луп А2В3С3. Два первых типа спектров преоблада-
ют в сорте, их соотношение практически равное (8:10), третий отнесён к механической примеси. Таким образом, сорт Голец квалифицирован нами как гетерогенный, с генетической формулой авенина Луп А2В3+4С6+2.
б
Рис. 2. Электрофоретические спектры и схемы авенинов сорта Голец: а, б - биотипы и в - примесь
Все проанализированные зерновки сорта Сиг имели идентичный спектр авенина, который описывался формулой Луп А2В5С2 (рис. 3, а). При проведении идентификации по авенин-кодирующим локусам спектра сорта Талисман не определён аллель по локусу Луп А, так как
имеющийся блок компонентов не описан в каталоге генетической номенклатуры. Формула этого сорта Луп А^ В4С2 (рис. 3, б). В партии семян сорта Талисман обнаружены 3 зерновки примеси.
б
Рис. 3. Электрофоретические спектры и схемы авенинов сортов Сиг (а), Талисман (б),
Тубинский (в)
а
в
а
в
На электрофореграмме сорта Тубинский выявлен один тип спектра с генетической формулой Луп АnedВ1С2 (рис. 3, в).
В результате анализа электрофореграмм сорта Саян обнаружены спектры 4 типов. Преимущественно представлены спектры, описывающиеся генетической формулой Луп А5В1С2 (рис. 4). Остальные типы принадлежат четырём
зерновкам, которые отнесены к примеси, поскольку их электрофореграммы соответствуют спектрам других сортов (Голец, Сельма и Ту-бинский), возделываемых, как и сорт Саян, в Красноярском крае. В результате можно отметить, что только спектры первого типа соответствуют сорту Саян.
б
Рис. 4. Электрофоретические спектры и схемы авенинов сорта Саян (а)
и сортовой примеси (б-г)
В сорте Ровесник идентифицирована только аллель по локусу Луп С. Аллели по локусам Луп А и Луп В, выявленные в спектре этого сорта, отсутствуют в каталоге генетической номенклатуры. Формула сорта Луп AnedBnedС1 (рис. 5, а).
При исследовании сорта Сельма обнаружено два типа спектров, отличающихся по локусу Луп В (рис. 5, б). Аллель по локусу Луп А отсутству-
ет в каталоге. Формула первого типа спектра записана как Луп AnedВ4С2, второго - Луп AnedВ1С2. Соотношение зерновок с этими типами спектров в семенах сорта составляет 10:9, следовательно, сорт гетерогенен по компонентному составу авенина и имеет генетическую формулу Луп AnedВ4+1 С2.
б
Рис. 5. Электрофоретические спектры и схемы авенинов сортов Ровесник (а), Сельма (б -1
биотип, в - II биотип)
а
в
г
а
в
В таблице 3 приведены генетические формулы исследованных сортов по авенин-кодирующим локусам. Два из исследованных сортов (Голец и Сельма) признаны гетерогенными и состояли из 2 биотипов, практически равно представленных в сорте. Голец - сорт голозёрного овса, а голозёрные формы часто имеют плёнчатые примеси, которые могут отли-
чаться по компонентному составу авенина. Второй сорт - Сельма - находится в производстве более 40 лет (с 1975 г.), что связано с его высоким адаптивным потенциалом, который часто определяется гетерогенной структурой сортов. Остальные сорта однородны по структуре, но каждый имеет уникальную формулу авенина.
По каждому из локусов отмечено от 1 до 4 аллельных вариантов. Для половины исследованных сортов аллели по локусу Луп А не идентифицированы ввиду отсутствия в каталоге, что может свидетельствовать об их уникальности и
редкой встречаемости. Преобладающая аллель по этому локусу А2 (идентифицирован у 3 сортов), а вариант А5 встретился только у одного сорта (табл. 3).
Таблица 3
Аллельные варианты по авенин-кодирующим локусам и формулы авенинов исследованных
сортов овса
Сорт Луп Формула сорта
А В С
Аргумент 2 1 5 А2В1С5
Голец 2 4+3 2+6 А2В4+3С2+6
Ровесник пе<1 пе<^ 1 АnedВnedС1
Саян 5 1 2 А5В1С2
Сельма пе<^ 4+1 2 АnedВ4+1С2
Сиг 2 5 2 А2В5С2
Талисман пе<^ 4 2 AnedB4C2
Тубинский пе<^ 1 2 АnedB1C2
По локусу Луп В в спектрах сортов Талисман, Сельма, Голец идентифицирована аллель В4. Аллель В1 обнаружена у четырёх из восьми исследованных сортов - Аргумент, Саян, Сельма и Тубинский. Аллель В5 идентифицирована только в сорте Сиг, В3 - у биотипа сорта Голец.
По локусу Луп С самым распространённым оказалась аллель С2, отмеченная в спектрах сортов Талисман, Тубинский, Саян, Сельма, Голец и Сиг. Аллель С5 выявлена в сорте Аргумент, С1 - в сорте Ровесник, С6 - в биотипе сорта Голец.
Выводы. При сравнении электрофореграмм по блокам компонентов авенина в спектрах некоторых исследованных сортов выявлены чужеродные примеси. С одной стороны, это свидетельствует о высокой разрешающей способности использованного метода идентификации авенинов, с другой - показывает, что для сохранения чистоты сортов даже их оригинатора-ми, кроме отбора по морфологическим признакам, необходим контроль генетического состава сорта.
По локусу Луп А для четырёх исследованных сортов не идентифицированы аллели, что может свидетельствовать о возможности использования этих вариантов в качестве маркеров адаптивности форм овса к сибирским условиям.
По локусу Луп В выявлено наибольшее разнообразие аллелей - 5, только один из них отсутствует в имеющихся каталогах. Два сорта ге-терогенны по этому локусу. Межсортовые отличия по локусу Луп С минимальны, так как у 6 сортов идентифицирован вариант С2, у отдельных сортов выявлены аллели С1, С5 и С6. Все исследованные сорта отличались друг от друга по формулам авенина, что в большей степени связано с высоким уровнем полиморфизма про-ламинов, контролируемых локусом Луп В.
Полученные результаты можно использовать при идентификации сортов и определении степени их родства, а также в сортовом контроле чистоты семян.
Литература
1. Конарев В.Г. Белки растений как генетические маркеры. - М.: Колос1983. - С. 320.
2. Идентификация сортов и регистрация генофонда культурных растений по белкам семян / В.Г Конарев, И.П. Гаврилюк, Н.К. Губарева [и др.]. - СПб.: ВИР, 2000. - 186 с.
3. Лоскутов И.Г, Губарева Н.К., Алпатьева Н.В. Полиморфизм авенина в изучении дикорастущих видов овса // Аграрная Россия. - 2005. - № 2. - С. 43-48.
4. Лоскутов И.Г. Роль молекулярно- 2. биологических исследований в познании генофонда овса и его эффективном использовании в селекции // Аграрная Россия.
- 2008. - № 3. - С. 14-19. 3.
5. Генетический контроль авенинов и принципы их классификации / В.А. Портянко, А.А.Поморцев, Н.А. Калашникова [и др.] // Генетика. - 1987. - Т. 23. - № 5. - С. 845- 4. 853.
6. Каталог сортов сельскохозяйственных культур, созданных учеными Сибири и включенных в Госреестр РФ (районирован- 5. ных) в 1929-2008 гг. Вып. 4. Т. 1 / Рос. акад. с.-х. наук., Сиб. регион. отд-ние. - Новосибирск, 2009. - 208 с.
7. Bushuk W., Zillman R.R. Wheat cultivar identi- 6. fication by gliadin electrophoregrams. I. Apparatus, method and nomenclature // Canadian Journal of Plant Science. - 1978. - V. 58 (2). -
P. 505-515.
8. Остапенко А.В., Тоболова Г.В. Изучение 7. полиморфизма авенина сортов овса посевного (Avena sativa L.) в Тюменской области
// Тр. по прикладной ботанике, генетике и селекции. - 2013. - Т.171. - С. 38-42.
9. Портянко В.А., Поморцев А.А., Созинов А.А. 8. Внутри- и межсортовой полиморфизм прола-минов овса // Докл. Всесоюз. акад. с.-х. наук
им. В.И. Ленина. - 1987. - Т.1. - С. 8-10.
Literatura 9.
1. Konarev V.G. Belki rastenij kak geneticheskie markery. - M.: Kolos1983. - S. 320.
Identifikacija sortov i registracija genofonda kul'turnyh rastenij po belkam semjan / V.G Konarev, I.P. Gaviiljuk, N.K. Gubareva [i dr.]. - SPb.: VIR, 2000. - 186 s. Loskutov I.G., Gubareva N.K., Alpat'eva N.V. Polimorfizm avenina v izuchenii dikorastushhih vidov ovsa // Agrarnaja Rossija. - 2005. -№ 2. - S. 43-48.
Loskutov I.G. Rol' molekuljarno-biologicheskih issledovanij v poznanii genofonda ovsa i ego jeffektivnom ispol'zovanii v selekcii // Agrarnaja Rossija. - 2008. - № 3. - S. 14-19. Geneticheskij kontrol' aveninov i principy ih klassifikacii / V.A. Portjanko, A.A.Pomorcev, N.A. Kalashnikova [i dr.] // Genetika. - 1987. -T. 23. - № 5. - S. 845-853. Katalog sortov sel'skohozjajstvennyh kul'tur, sozdannyh uchenymi Sibiri i vkljuchennyh v Gosreestr RF (rajonirovannyh) v 19292008 gg. Vyp. 4. T. 1 / Ros. akad. s.-h. nauk., Sib. region. otd-nie. - Novosibirsk, 2009. - 208 s. Bushuk W., Zillman R.R. Wheat cultivar identification by gliadin electrophoregrams. I. Apparatus, method and nomenclature // Canadian Journal of Plant Science. - 1978. - V. 58 (2). -P. 505-515.
Ostapenko A.V., Tobolova G.V. Izuchenie polimorfizma avenina sortov ovsa posevnogo (Avena sativa L.) v Tjumenskoj oblasti // Tr. po prikladnoj botanike, genetike i selekcii. -2013. - T.171. - S. 38-42. Portjanko V.A., Pomorcev A.A., Sozinov A.A. Vnutri- i mezhsortovoj polimorfizm prolaminov ovsa // Dokl. Vsesojuz. akad. s.-h. nauk im. V.I. Lenina. - 1987. - T.1. - S. 8-10.
