CC BY
69
УДК 575.113.2:633.11."321"
ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧТИ ИЗОГЕННЫХ ЛИНИЙ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ПО ЧИСЛУ ДИСУЛЬФИДНЫХ СВЯЗЕЙ В ЗАПАСНЫХ БЕЛКАХ
В.П. Нецветаев 2 Л.С. Пащенко1
1Белгородский научноисследовательский институт сельского хозяйства РАСХН Россия, 308001, г. Белгород, ул. Октябрьская, 58
2Белгородский государственный университет
Россия, 308015, г. Белгород, ул.Победы, 85
E-mail: [email protected]
Представлены результаты двухгодичного анализа почти изоген-ных линий яровой мягкой пшеницы по ДSDS—седиментации, отражающей число межмолекулярных дисульфидных связей белкового комплекса эндосперма. Носители генов Lr 2a, Lr 2Ь, Q, Lr? (АНК-41В) показали стабильно высокую агрегацию полипептидов. Формы с генетическими факторами №? (АНК-25А) и lg+lg2 (АНК-З3) характеризовались низкими показателями ДSDS-седиментации.
Ключевые слова: ДSDS-седиментации, дисульфидные связи, гены, изогенные линии, мягкая пшеница
Введение
Считается, что наличие дисульфидных связей между полипептидами белкового комплекса формирует упругость и растяжимость клейковины [1, 2]. В свою очередь, эти особенности определяют вязко-эластичные свойства теста, его способность удерживать углекислый газ, разрыхляться и давать при выпечке упругий, эластичный, пористый мякиш хлеба. В слабой пшеничной клейковине дисульфидных и водородных связей меньше, чем в крепкой. В целом, хлебопекарные свойства муки зависят как от количества, так и от качества клейковины. В ГНУ БелНИИСХ Россельхозакадемии разработан прием количественного определения межмолекулярных дисульфидных связей в белковом комплексе муки [3, 4].
Целью исследования было выявление эффекта влияния локусов или сцепленных с ними генов в течение разных лет, определяющих качественные признаки и свойства мягкой пшеницы, на разработанный показатель количественной оценки числа межмолекулярных дисульфидных связей между полипептидами в муке.
Материалы и методы
Материалом для анализа служили почти изогенные линии на основе сортов Thatcher и Новосибирская 67 урожая 2008 и 2009 годов. Описание почти изогенных линий на основе сорта Новосибирская 67, полученных от оригинатора, дано С.Ф. Ковалем и др. [5]. Почти изогенные линии по факторам устойчивости к бурой ржавчине на основе Thatcher получены из ГНУ Краснодарского НИИСХ Россельхозакадемии (от И.Б. Абловой) в 2002 году. Оценку количества дисульфидных связей проводили с помощью методик SDS-седиментации [3, 4]. На основе муки 30% выхода исследуемого материала определяли показатель ASDS-седиментации, который отражает наличие межмолекулярных дисульфидных связей между белками, формирующими клейковинный комплекс. Кроме этого, был проведен корреляционный анализ между некоторыми количественными признаками яровой мягкой пшеницы.
Результаты исследований и их обсуждение
В табл. 1 представлены результаты, которые были получены с точки зрения связи генов устойчивости к листовой ржавчине (или локусов, сцепленных с ними) с показателем ASDS-седиментации, отражающим количество межмолекулярных ди-сульфидных связей между белками.
Как видно, носители генов Lr 11 и Lr 38, обуславливающих устойчивость растений пшеницы к листовой ржавчине, в оба года имели более низкие показатели ASDS-седиментации по сравнению со средней по опыту. Следует отметить, что в 2009 году эти отклонения были невелики. Это совпадает с данными анализа сортов конкурсного испытания по этим годам [6]. В жаркое лето, чем отличался 2009 год, запасные белки эндосперма более склонны к агрегации, чем в более прохладные сезоны созревания зерна. В связи с этим различия между образцами нивелируются. В целом по опыту число дисульфидных связей в 2009 году превысило их в 2008 году на 14,7 мл, т.е. на 33,4%. Носитель гена Lr 22 в среднем за это время также характеризовался достаточно низким показателем ASDS-седиментации. Следовательно, эти формы обладают потенциально невысокими показателями качества зерна.
Среди изученного материала со стабильно положительной оценкой ASDS-седиментации надо отметить носителей генов Lr 2a и Lr 2b (табл. 1). В то же время, достаточно высокие значения показателя, определяющего число межмолекулярных дисульфидных связей за исследованный период, имели образцы, несущие факторы Lr 3, Lr 3bd, Lr 9, Lr 12, Lr 21, Lr 32. В то же время, в 2009 году различия между образцами были менее значительным по сравнению с предшествующим годом. Так, если в
2008 году существенные отклонения от средних по опыту показали 22 образца, то в
2009 году — только 5 линий (табл. 1).
Таблица 1
Отклонения от средней ASDS-седиментации по годам исследования
(Хср.2008=43,8 мл, Хср.2009=58,4б мл) у почти изогенных по факторам линий Lr яровой мягкой пшеницы на основе сорта Thatcher (2008, 2009 гг.)
Символ гена Значения ASDS по годам Отклонения от средних Среднее значение ASDS *
2009 2008 2009 2008 за 2 года
1 2 3 4 5 6
Lr 1 67.0 25.9 +9.1 -17.9 46.5
Lr 3ka 61.0 39.7 +3.1 -4.1 50.4
Lr 14 в 62.5 39.5 +4.6 -4.3 51.0
Lr 19 55.8 29.3 +2.1 -14.5 42.6
Lr 22 64.5 7.2 +6.6 -36.6 35.9
Lr 23 65.3 24.8 +7.4 -19.0 45.1
Lr 11 56.5 16.9 -1.4 -26.9 36.7
Lr 38 55.2 23.9 -2.7 -19.9 39.6
Lr 2a 76.2 59.9 +18.3 +16.1 68.1
Lr 2c 67.5 49.7 +9.6 +5.9 58.6
Lr 2в 70.2 59.9 +12.3 +16.1 65.1
Lr 3 63.7 62.3 +5.8 +18.5 63.0
Lr звd 66.8 63.0 +8.9 +19.2 64.9
Lr 9 61.0 62.2 +3.1 +18.4 61.6
Lr 10 57.0 53.2 -0.9 +9.4 55.1
Lr 12 66.3 66.3 +8.4 +22.5 66.3
Lr 13 68.8 51.0 +10.9 +7.2 59.5
Lr 15 64.7 51.2 +6.8 +7.4 57.9
Lr 17 41.3 50.2 -16.6 +6.4 45.7
Lr 18 68.3 54.5 +10.4 +10.8 61.4
Lr 21 65.3 61.2 +7.4 +17.4 63.3
Lr 24 66.3 56.0 +8.4 +12.2 61.2
Lr 32 67.8 57.8 +9.9 +14.0 62.8
Lr 34 58.2 59.0 +0.3 +15.2 58.6
Lr 35 56.5 51.3 -1.4 +7.5 53.9
Lr 44 58.8 61.2 +0.9 +17.4 60.0
Lr W 39.7 49.8 -18.2 +6.0 44.8
Lr 37 52.7 56.0 -5.2 +12.2 54.4
Lr 14c 56.5 52.5 -1.4 +8.7 54.5
Lr B 61.0 52.3 +3.1 +8.5 56.7
Окончание табл.1
1 2 3 4 5 6
Среднее по опыту 58.5 43.8 58.5 43.8 51.2
НСР0.95 10.5 8.5 10.5 8.5 -
Примечание: жирным шрифтом отмечены отклонения, существенно отличающиеся от средних значений ДSDS по опытам; * — выделены образцы, отклоняющиеся от средней ДSDS за годы исследования более, чем на 11.0 мл.
Характерно, что с положительным эффектом по числу межмолекулярных ди-сульфидных связей в 2009 году существенно отклонялись от средней по опыту линии, носители генов Lr 2а, Lr 2в и 1_г 13. Отрицательный эффект по данному показателю в этом году был связан с генами 1^г 17 и иг Ш. В предыдущем году последние две формы, носители факторов иг 17 и иг 1/У, не выделялись по изученному биохимическому признаку [7]. Подобные результаты были получены и при исследовании почти изогенных линий яровой мягкой пшеницы на основе сорта Новосибирская 67. Так, в 2008 году существенное отклонение от средней по опыту было зарегистрировано у 14 образцов (табл. 2), а в 2009 году — лишь у 10. В то же время, только 4 линии существенно отклонялись от средней данного эксперимента в оба года исследований. Это носители генов О и иг? (АНК-41В) с положительным эффектом на число дисульфидных связей, а также линии с фактором Нэ?, определяющим опушение влагалища листа (АНК-25А) и присутствие рецессивных генов 1д+1д2 (АНК-33), приводящее к безлигульности пшеничного растения с отрицательным действием на этот количественный признак (табл. 2).
Характерно, что образцы, несущие гены /?3 (АНК-1В); В1, Ид (АНК-13А); Рр1, Рр2 (АНК-28А), показали неоднозначный эффект на величину дисульфидных связей в исследуемые годы (табл. 2).
Таблица 2
Анализ почти изогенных линий на основе сорта Новосибирская 67
(хср. 2009 =52,2 мл., хср2008=44,3 мл) по ДSDS-седиментации
Символ гена (линия) Хромосома Значения ДSDS по годам Отклонения от средних
2009 2008 2009 2008
1 2 3 4 5 6
т (АНК-1А) 3Da 58.0 47.5 +5.8 +3.2
Р2 (АНК 1Э) ЗА 57.5 19.5 +5.3 -24.8
т (АНК-26А) 2ВБ 52.5 53.0 +0.3 +8.7
Lrg+Pm4в (АНК-4) 66.3 44.5 +14.1 +0.2
О (АНК-15) 60.2 66.2 +8.0 +21.9
Н1 (АНК-34) 4А 47.7 47.0 -4.5 +2.7
1г? (АНК-41В) 2В 67.2 56.5 +15.0 +12.2
? (опуш.лист) (АНК-7В) ? 61.0 47.0 +8.8 +2.7
В1,Нс1 (АНК-14А) 5А1_, 4ВБ 57.8 56.0 +5.6 +11.7
т2 (АНК-26В) 2Э 52.7 49.0 +0.5 +4.7
? (опуш. лист) (АНК-7А) ? 54.8 40.8 +2.6 - 3.5
? (опуш. лист) (АНК-7С) ? 56.0 25.0 +3.8 -19.3
? (опуш.влаг.) (АНК-25А) ? 40.8 23.4 -11.4 -20.9
т(АНК-26 Э) ? 53.3 28.2 +1.1 -16.1
Р3 (АНК-1В) ЗВ 69.3 35.0 +17.1 -9.3
Ед? (АНК-30А) ? 51.3 11.6 -0.9 -32.7
В1, Нд (АНК-13А) 5А1_, 4ВБ 59.5 2.0 +7.3 -42.3
№? (опуш.влаг.)(АНК-25В) ? 55.7 49.4 +3.5 -5.1
Рр1, Рр2 (АНК-28А) ? 66 0.2 +13.8 -44.1
? Рт-сверхчувств. (АНК-6) 51.8 39.7 -0.4 -4.6
Ед1 (АНК-30А) 7А1_ 51.3 29.2 -0.9 -15.05
Окончание табл. 2
1 2 З 4 5 6
lg+lg2 (AHK-33) ? 4З.7 26.8 -8.5 -18.0
? комп.колос (AHK-38) 2D 71.5 41.5 +19.3 -2.8
Среднее по опыту - 52.2 44.3 52.2 44.3
НСР0.95 - 6.9 8.5 6.9 8.5
Примечание: жирным шрифтом отмечены отклонения, существенно отличающиеся от средних значений ДSDS по опытам.
В данном случае, если в 2008 году все эти три линии характеризовались отрицательными значениями ДSDS-седиментации по отношению к средней по опыту, то в
2009 году значительно превышали среднюю по данному признаку. Это еще раз свидетельствует о значительном влиянии среды на проявление исследованного количественного биохимического признака. Следовательно, в более жаркий летний период (каким был 2009 год) [7] эти образцы обладают повышенной агрегационной способностью запасных белков эндосперма, по сравнению с другими формами мягкой пшеницы.
Корреляционный анализ показал, что если в 2008 году ДSDS седиментации была отрицательно связана с массой зерновки и, соответственно, с урожайностью [7], то в 2009 году эта статистическая связь не прослеживалась (табл. 3). В то же время, урожайность в оба года исследований положительно коррелировала с крупностью зерна.
Таблица 3
Коэффициент корреляции между количественными признаками у яровой мягкой пшеницы (п=11б, 2009 г.)
Показатели Д SDS седиментации Масса looo зерен
Урожайность 0.07З5+0.09З 0.4558+0.08З***
Масса looo зерен 0.1079+0.09З
Таким образом, выявлено значительное влияние средовой изменчивости на проявление такого количественного признака, отражающего количество межмолеку-лярных дисульфидных связей между полипептидами запасных белков, как A SDS седиментация. Установлено, что стабильно повышенной агрегацией белковых молекул эндосперма обладают носители генов: Lr 2a, Lr 2b, Q, Lr? (АНК-41В). Стабильно пониженной агрегацией обладают формы с генетическими факторами: Hs?, обуславливающим проявление опушенности влагалища листа (АНК-25А) и lg+lg2 (AHK-33), контролирующие безлигульность листьев растения пшеницы. Носители генов R3 (AHK-1B); B1, Hg (AHK-13A); Pp1, Pp2 (AHK-28A) в разные годы значительно и неоднозначно меняют агрегацию полипептидов запасных белков эндосперма с помощью ди-сульфидных связей.
Список литературы
1. Bietz J.A., Huebner F.R. Structure of glutenin: Achievements at the northern regional research center // Ann. Technol. Agr. - 1980. - Vol. 29. - P. 249-277.
2. Созинов А.А. Полиморфизм белков и его значение в генетике и селекции. — М: Наука. - 1985. - 272 с.
3. Нецветаев В.П., Лютенко О.В., Пащенко Л.С., Попкова И.И. Методы седиментации и оценка качества клейковины мягкой пшеницы // Научные ведомости Белгородского гос. ун-та. Серия: Естественные науки. - 2009. - Вып. 9/1, № 11(66). - С. 56-64.
4. Нецветаев В.П., Лютенко О.В., Пащенко Л.С., Попкова И.И. Оценка качества зерна мягкой пшеницы SDS-седиментацией // Сельскохоз. биология. - 2010. - № 3. - C. 63-70.
5. Коваль С.Ф., Коваль В.С., Шаманин В.П. Изогенные линии пшеницы. - Омск: Омск-бланкиздат. - 2001. - 148 с.
6. Нецветаев В.П., Лютенко О.В., Пащенко Л.С., Попкова И.И. Новые подходы к оценке качества зерна озимой мягкой пшеницы // Белгородский агромир. - 2010. - №1(54). -С. 27-29.
7. Пащенко Л.С., Нецветаев B^. Анализ почти изогенных линий яровой мягкой пшеницы по качеству зерна // Научные ведомости Белгородского гос. ун-та. Серия: Естественные науки. - 2009. - № ll (66). Bbm. 9/2. - С. 25-29.
CHARACTERISTICS OF THE ALMOST ISOGENIC LINES IN SPRING COMMON WHEAT ACCORDING TO THE NUMBER OF DISULFIDE BONDS IN THE STORAGE PROTEINS
V.P. Netsvetaev 1,2 L.S. Pashchenko1
1 Belgorod Research Institute of Agricalture RAAS
Oktyabr'skaya Str., 58, Belgorod, 308001, Russia
E-mail: [email protected]
2 Belgorog State University
Pobedy St., 85, Belgorod, 308015, Russia
The results of the two-year analysis of the almost isogenic lines in spring common wheat on the ASDS-sedimentation, which reflects the number of intermolecular disulfide bonds in the protein complex of endosperm are represented. The carriers of genes: Lr 2a, Lr 2b, Q, Lr? (ANK-41B) showed the stably high aggregation of polypeptide. Forms with the genetic factors Hs? (ANK-25A) and lg+lg2 (AHK-33) were characterized by the low indices of ASDS- sedimentation.
Key words: ASDS-sedimentation, disulfide bonds, genes, isogenic lines, common wheat.
