CC BY
18
УДК 581.19:631.52:633.13
А. В. Любимова
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛЕКЦИИ ВИЗАНТИЙСКОГО ОВСА ПО КОМПОНЕНТНОМУ СОСТАВУ АВЕНИНА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ -ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА ТЮМЕНСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА
СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН
A. V. Lyubimova
THE STUDY OF THE COLLECTION OF THE RED OAT BY THE COMPONENT
COMPOSITION OF AVENIN SCIENTIFIC RESEARCH INSTITUTE OF AGRICULTURE FOR NOTHERN TRANS-URALS REGION -BRANCH OF TYUMEN SCIENTIFIC CENTRE SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES
Анна Валерьевна Любимова
Anna Valerevna Lyubimova кандидат биологических наук [email protected]
Аннотация. Исследования проводили в лаборатории сортовой идентификации семян ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья с целью изучения коллекции византийского овса (A. byzantina C. Koch) по компонентному составу авенина. Анализировали по 20 индивидуальных зерновок от каждого образца, отобранных методом случайной выборки. Электрофоретическое разделение авенина проводили в вертикальных пластинах полиакриламид-ного геля при постоянном напряжении 500 V в течение 4,0-4,5 часов. Установлено, что 25% образцов исследованной коллекции гомогенные по компонентному составу авенина. В состав остальных образцов входило от 2 до 12 биотипов. Установлено, что среди блоков компонентов авенина, контролируемых локусом Avn A, максимальную частоту встречаемости имел вариант А2 (40,3%), локусом Avn В - В1 (27,5%), В2 (22,6%) и В4 (16,1%), а локусом Avn С - С3 (37,2%), С2 (17,7%), С1 (14,5%) и С6* (12,9%). Частота встречаемости особей с не идентифицированными блоками компонентов составила от 3,2% - по локусу Avn С до 50,0% - по локусу Avn A. Эти блоки перспективны для дальнейшего изучения, поскольку часть их них может обладать видоспецифичностью и маркировать ценные хозяйственные и адаптивные признаки, характерные для византийского овса. Величина среднего генного разнообразия в проанализированной коллекции составила 0,6614, что превышает значения, полученные ранее для коллекции посевного овса. Более
высокое генное разнообразие в коллекции A. byzantina обусловлено тем, что селекционная работа с этим видом ведется не так активно, и, следовательно, процесс снижения его генетического разнообразия менее выражен. Полученные данные свидетельствуют о высоком уровне полиморфизма авенина в исследованной коллекции и способны стать основой для выявления ценных в селекционном отношении генотипов, обладающих хозяйственно- и адаптивно-значимыми признаками, при оценке исходного материала для скрещиваний.
Ключевые слова: византийский овес, A. byzantina C. Koch., компонентный состав авенина, электрофоретический спектр, авенин-кодирующие локусы, генетическое разнообразие.
Abstract. The researches for the purpose of studying the collection of red oat (A. byzantina C. Koch) according to the component composition of avenin were conducted in laboratory identification varietal seeds FSBEI HE Northern Trans-Ural SAU. For laboratory analysis used 20 individual kernels of each variety, selected by random sampling. Electrophoretic separation of prolamins was performed in vertical plates of polyacrylamide gel at a constant voltage of 500 V for 4.0-4.5 hours. It was found that 25% of the studied samples were homogeneous in the component composition of avenin. The remaining samples consisted from 2 to 12 biotypes. It was established that among the blocks of avenin components controlled by the locus Avn A, the maximum frequency was A2 (40.3%); the Avn B - B1 (27.5%), B2 (22.6%) and B4 (16, 1%); and Avn C - C3 (37.2%), C2 (17.7%), C1 (14.5%) and C6 * (12.9%). These blocks can be species-specific and, in particular, mark valuable economic and adaptive features characteristic of red oat. The average gene variety in the analyzed collection was 0.6614, which exceeds the values obtained earlier for the collection of common oat. The higher genetic diversity in the collection of A. byzantina is due to the fact that selection work with this species is not as active, and, consequently, the process of reducing its genetic diversity is less pronounced. The obtained data indicate a high level of auenin polymorphism in the studied collection. It can become the basis for identifying of genotypes valuable in breeding relation, possessing economically and adaptively significant characteristics, when assessing source material for crosses.
Keywords: red oat, A. byzantina C. Koch., component composition of avenin, electrophoretic spectrum, avenin-coding loci, genetic diversity.
Введение. Овес является одной из важнейших зерновых культур. Зерно овса - ценнейший источник растительного белка, жира и крахмала, характеризующийся высокими питательными и целебными свойствами. Овес начали выращивать для питания намного раньше, чем пшеницу, так как эта культура нетребовательна к почвам и климату и способна давать высокие урожаи даже на низкоплодородных почвах [1]. Овес занимает основные посевные площади в Западной Сибири, почвенный покров которой представлен дерново-подзолистыми, серыми лесными почвами, черноземами, солонцами и солончаками, в сильной степени отличающимися друг от друга плодородием и степенью окультуренности [2; 3].
Несмотря на древнее происхождение овса, селекционеры до сих пор старательно изучают его генотип и создают новые сорта [4; 5]. Причиной этого является продвижение сельского хозяйства в регионы, которые ранее считались непригодными для возделывания зерновых культур. Также
современные аграрии требуют новых сортов, способных формировать высокие урожаи, устойчивых к болезням и полеганию. Один из основных методов современной селекции овса - межвидовая гибридизация, позволяющая получить генотипы с набором ценных в селекционном отношении признаков и характеристик [6]. Очень широко для этих целей используется византийский овес (A. byzantina C. Koch) - культурный гексаплоидный вид, характеризующийся высокой засухоустойчивостью, солевыносливостью, иммунитетом к грибным болезням, в том числе к корончатой и стеблевой ржавчине, и обладает другими ценными свойствами [7].
При создании новых сортов особую важность имеет правильный подбор исходного материала. На современном этапе развития селекции для поиска оптимальных родительских форм для скрещиваний успешно применяется электрофорез запасных спирторастворимых белков семян - проламинов [8; 9]. Проламины овса, называющиеся аве-
нинами, наследуются блоками, их синтез контролируется тремя независимыми локусами Avn А, Avn В и Avn С, а ал-лельные варианты блоков компонентов проламинов выступают в качестве маркеров ценных хозяйственных признаков и адаптивных свойств генотипов [10]. Все это позволяет выявлять особи, несущие ценные ассоциации генов и использовать их в селекции.
Целью исследований было изучение коллекции визан-
Для анализа использовали по 20 индивидуальных зерновок каждого образца, отобранных методом случайной выборки. Одномерный электрофорез авенинов проводили в соответствии со стандартной методикой [11] с некоторыми модификациями [12]. Идентификацию аллельных вариантов блоков компонентов проламина осуществляли на основании каталога для посевного овса, разработанного В.А. Портянко и др. [10]. В случае если обнаруженный блок компонентов отсутствовал в каталоге, вместо его порядкового номера в генетической формуле записывалось сочетание «ned». В качестве стандарта использовали зерновки овса посевного сорта Астор (Avn A2 B4 C2).
Величину генного разнообразия на локус (H) рассчитывали по формуле:
где Pj - популяционная частота /-го аллеля, k - количество аллелей локуса, n - объём выборки.
Для расчёта среднего генного разнообразия (н) усредняли количество аллелей на локус по всем трем локусам [13]. Статистическую обработку результатов осуществляли с использованием программы Arlequin Ver 3.5.2.2 (Copyright 2015 L. Excoffier. CMPG, University of Berne).
Результаты. Гетерогенность сортов обуславливается особенностями выведения и свидетельствует об их высокой экологической пластичности. В настоящее время доля таких сортов в числе районированных неуклонно растет [14; 15]. В ходе анализа электрофоретических спектров установлено, что только 3 из исследованных образцов византийского овса были гомогенными по компонентному со-
тийского овса по полиморфизму авенина.
Методика. Исследования проводили в лаборатории сортовой идентификации семян Государственного аграрного университета Северного Зауралья. Было проанализировано 12 образцов византийского овса из коллекции ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» (таблица 1).
ставу авенина. На электрофореграммах остальных образцов было выявлено от 2 до 12 биотипов (таблица 2).
В результате идентификации блоков компонентов проламина исследованных образцов установлено, что среди вариантов, синтез которых контролируется локу-сом Avn А, максимальную частоту встречаемости имеет А2 (40,3%). На втором месте по встречаемости был ал-лельный вариант А8 (6,5%), блоки А4 и А6 идентифицированы в спектрах 1,6% образцов. В процессе анализа коллекции нами не обнаружены блоки А1, А3, А5 и А7 по этому локусу. У половины изученных образцов коллекции были обнаружены варианты блоков компонентов, отсутствующие в каталоге генетической номенклатуры по посевному овсу. Неидентифицированные блоки перспективны для дальнейшего изучения, среди них могут быть видоспецифичные варианты и блоки, маркирующие ценные хозяйственные признаки, характерные для византийского овса.
Из блоков компонентов, контролируемых локусом Avn В, преобладали в спектрах исследованных образцов варианты В1 (27,5%), В2 (22,6%) и В4 (16,1%). Частота встречаемости неидентифицированных вариантов составила 29,0%. Среди блоков компонентов, контролируемых локусом Avn С, наибольшую частоту встречаемости имели варианты С3 (37,2%), С2 (17,7%), С1 (14,5%) и С6* (12,9%). Частота встречаемости остальных вариантов не превышала 8,1%. Доля образцов с неиденти-фицированными блоками компонентов по этому локусу составила 3,2%.
Данные о частоте встречаемости аллельных вариантов блоков компонентов авенина мы использовали для расчета величины среднего генного разнообразия в иссле-
Таблица 1 - Исследованные образцы византийского овса
№ п/п № по каталогу ВИР Сорт Страна происхождения
1 11б24 Swam Австрия
2 14B42 Wandering Австралия
3 14B36 Palini Греция
4 14471 Alden penas Испания
б 122B5 69G04 Канада
б 15039 Местный Сирия
7 13360 EXP J-76-var-off cv 1271 США
B 147б2 C.J. 5558
9 14B92 America Чили
10 14B56 AV 17/3/10 Япония
11 14B69 Enducks
12 14B73 Haruabusa
Таблица 2 - Генетические формулы авенина исследованных образцов византийского овса
№ п/п Сорт Число биотипов Генетическая формула авенина
1 Swam 5 Aned+ned+2+ned+2B4+2+2+1+2C5+3+3+1+4*
2 Wandering 6 A2+ned+2+ned+2+2B2+2+ned+ned+4+1C6*+3+1+3+2+6*
3 Palini 6 Aned+2+2+ned+8+2B1+1+ned+ned+4+1C3+3+6*+2+1+2
4 Alden penas 1 A8B4C7
5 69G04 5 Aned+2+2+ned+nedB3+4+ned+ned+nedC3+6*+6*+3+3
6 Местный 1 AnedB2Cned
7 EXP J-76-var-off cv 1271 2 A2+nedB1+2C3
8 C.J. 5558 6 A8+ned+2+8+2+2B4+1+2+2+1+4C1+2+6*+1+2+1
9 America 1 AnedBnedC4*
10 AV 17/3/10 12 Aned+ned+ned+ned+2+ned+ned+ned+ned+ned+2+nedB4+1+ned+2+4+1+ned+1+ned+1+ ned+1C1+3+3+3+3+7+2+3+1+4*+2+3
11 Enducks 6 Aned+ned+2+ned+2+2B2+5+ned+ned+1+nedC3+7+3+2+2+1
12 Haruabusa 11 A4+2+2+ned+6+2+ned+2+2+ned+nedB1+ned+4+2+3+ned+ned+2+1+1+2C2+ ned+3+3+7+6*+2+3+3+6*+7
дованной коллекции. Этот показатель крайне важен для улучшения качественных показателей зерна, повышения урожайности создаваемых сортов и их устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды. Сужение внутрипопуляционного генного разнообразия может привести к генетической эрозии вида, снижению его адаптивности и способности приобретать устойчивость к новым расам патогенов [16].
В результате расчета величины генного разнообразия установлено, что наибольшее значение этого показателя характерно для локуса Avn С - 0,8261(таблица 3).
Таблица 3 - Среднее генное разнообразие (н) в коллекции A. byzantina
Локус Н на локус ± h
Avn A 0,4387 ± 0,1140
Avn B 0,7194 ± 0,0404
Avn C 0,8261 ± 0,0400
H 0,6614; 0,2000
Минимальное генное разнообразие проанализированная коллекция имела по локусу Avn А. Как было сказано ранее, более 40% образцов имели вариант блока компонентов А2, контролируемый этим локусом. По нашему мнению, этот блок может быть сцеплен с ценными хозяйственными или адаптивными признаками. Особи, обладающие кодирующими их ассоциациями генов, чаще других вовлекались в селекционный процесс, что привело к повышению частоты встречаемости как генотипов с ценными признаками, так и маркирующего их блока компонентов А2.
Величина среднего генного разнообразия по трем локусам составила 0,6614. По данным наших предыдущих исследований, в проанализированной коллекции посевного овса этот показатель был ниже и составил
0,6341 [17]. Более высокое генное разнообразие в коллекции A. byzantina обусловлено тем, что селекционная работа с этим видом ведется не так активно, и, следовательно, процесс снижения его генетического разнообразия менее выражен.
Выводы. 1 Количество гомогенных образцов в проанализированной коллекции византийского овса составило 25%. В состав гетерогенных образцов входило от 2 до 12 биотипов, что свидетельствует о высокой экологической пластичности исследованных сортов.
2 Среди аллельных вариантов блоков компонентов авенина, контролируемых локусом Avn А, по частоте встречаемости в коллекции византийского овса преобладал А2 (40,3%), локусом Avn В - В1 (27,5%), локусом Avn С - С3 (37,2%).
3 Частота встречаемости особей с неидентифициро-ванными блоками компонентов составила от 3,2% - по локусу Avn С до 50,0% - по локусу Avn А. По нашему мнению, эти блоки могут быть видоспецифичными и, в частности, маркировать ценные хозяйственные и адаптивные признаки, характерные для византийского овса.
4 Величина среднего генного разнообразия в проанализированной коллекции византийского овса составила 0,6614, что превышает значения, полученные ранее для коллекции посевного овса.
5 Полученные данные свидетельствуют о высоком уровне полиморфизма проламина в проанализированной коллекции византийского овса. При оценке исходного материала для скрещиваний эти данные послужат основой для выявления ценных в селекционном отношении генотипов, обладающих хозяйственно- и адаптивно-значимыми признаками.
Список литературы
1 Фомина М.Н., Остапенко А.В., Тоболова Г.В. Использование метода электрофореза проламинов в первичном семеноводстве овса: рекомендации. Тюмень : ФГБНУ «НИ-ИСХ Северного Зауралья», 2016. 32 с.
2 Ерёмин Д.И., Ерёмина Д.В., Уфимцева М.Г. Состояние старопахотных черноземов лесостепной зоны Зауралья. Аграрная наука. 2014. № 6. С. 8-10
3 Ренев Е.П., Ерёмин Д.И., Ерёмина Д.В. Оценка основных показателей плодородия почв наиболее пригодных для расширения пахотных угодий в Тюменской области. Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 4. С. 27-31.
4 Иванова Ю.С., Фомина М.Н., Лоскутов И.Г. Исходный материал для создания высокобелковых сортов овса в зоне Северного Зауралья. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017. Т. 178. №2. С. 38-47.
5 Ибрагимова М.З., Остапенко А.В. Характеристика генетического разнообразия сибирских сортов овса Avena L. по спектрам авенина. Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2016. №6. С. 126-133.
6 Васюкевич С.В., Смищук Н.Г., Гордиевских Т.И. Эффективное использование коллекционных образцов овса в условиях Западной Сибири. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2009. Т. 165. С. 196-199.
7 Родионова Н.А., Солдатов В.Н., Мережко В.Е. и др. Культурная флора. Овёс. М. : Колос, 1994, Т. II. Ч. 3. 367 с.
8 Остапенко А.В., Тоболова Г.В. Применение метода электрофореза проламинов овса для определения гибридной природы зерен F1. Вестник КрасГАУ. 2017. № 2 (125). С. 14-21.
9 Фомина М.Н., Тоболова Г.В., Остапенко А.В. Использование метода электрофореза проламинов в первичном семеноводстве на примере сорта овса Отрада. Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 12. С. 14-16.
10 Портянко В.А., Поморцев А.А., Калашник Н.А. и др. Генетический контроль авенинов и принципы их классификации. Генетика. 1987. Т.23. № 5. С.584-590.
11 Поморцев А.А., Кудрявцев А.М., Упелниек В.П., и др. Методика проведения лабораторного сортового контроля по группам сельскохозяйственных растений. Москва : ФГНУ «Росинформагротех», 2004. 96 с.
12 Остапенко А.В., Тоболова ГВ. Изучение полиморфизма авенина сортов овса посевного (Avena sativa L.) в Тюменской области. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2013. Т. 171. С. 38-42.
13 Ней М., Кумар С. Молекулярная эволюция и фи-логенетика. пер. с англ. Г.В. Глазко, И.Б. Рогозина. Киев: КВ1Ц, 2004. 418 с.
14 Казак А.А., Логинов Ю.П., Шаманин В.П., Юдин А.А. Селекция адаптивных сортов яровой пшеницы в Сибири. Зерновое хозяйство России. 2015. №1. С. 26-30.
15 Логинов Ю.П., Тоболова Г.В., Казак А.А., Труфанов В. В. Биотипные спектры ярового сорта пшеницы Тюменская 80. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. № 2. С. 29-34.
16 Новосельская-Драгович А.Ю., Беспалова Л.А., ШишкинаА.А. и др. Изучение генетического разнообразия сортов мягкой озимой пшеницы по глиадинкодирующим ло-кусам. Генетика. 2015. Т. 51. № 3. С. 324-334.
17 Остапенко А.В. Полиморфизм проламина культурных видов рода Avena L. в филогенетических и прикладных исследованиях: дис. канд. биол. наук. М., 2016. 175 с.
References
1 Fomina M.N., Ostapenko A.V., Tobolova G.V. Ispol'zo-vanie metoda ehlektroforeza prolaminov v pervichnom se-menovodstve ovsa: rekomendacii. Tyumen' : FGBNU «NIISKH Severnogo Zaural'ya», 2016. 32 p. (in Russ.)
2 Eryomin D.I., Eryomina D.V., Ufimceva M.G. Sostoy-anie staropahotnyh chernozemov lesostepnoj zony Zaural'ya. Agrarnaya nauka. 2014. № 6, pp. 8-10 (in Russ.)
3 Renev E.P., Eryomin D.I., Eryomina D.V. Ocenka os-novnyh pokazate-lej plodorodiya pochv naibolee prigodnyh dlya rasshireniya pahotnyh ugodij v Tyumenskoj oblasti. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2017. T. 31. no. 4, pp. 27-31 (in Russ.)
4 Ivanova YU. S., Fomina M. N., Loskutov I. G. Iskhodnyj material dlya sozdaniya vysokobelkovyh sortov ovsa v zone Severnogo Zaural'ya. Trudy po prikladnoj botanike, genetike i selekcii. 2017. T. 178. No. 2, pp. 38-47 (in Russ.)
5 Ibragimova M. Z., Ostapenko A. V. Harakteristika ge-neticheskogo raznoobraziya sibirskih sortov ovsa Avena L. po spektram avenina. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. No. 6, pp. 126-133 (in Russ.)
6 Vasyukevich S.V., Smishchuk N.G., Gordievskih T.I. EHffektivnoe is-pol'zovanie kollekcionnyh obrazcov ovsa v usloviyah Zapadnoj Sibiri. Trudy po prikladnoj botanike, gene-tike i selekcii. 2009. Volume 165, pp. 196-199 (in Russ.)
7 Rodionova N.A., Soldatov V.N., Merezhko V.E. Kul'tur-naya flora. Ovyos. Moscow : Kolos, 1994, volume II, part 3. 367 p. (in Russ.)
8 Ostapenko A.V., Tobolova G.V. Primenenie metoda ehlektroforeza prolaminov ovsa dlya opredeleniya gibridnoj prirody zeren F1. Vestnik KrasGAU. 2017. No. 2 (125), pp. 1421 (in Russ.)
9 Fomina M.N., Tobolova G. V., Ostapenko A. V. Ispol'zo-vanie metoda ehlektroforeza prolaminov v pervichnom se-menovodstve na primere sorta ovsa Otrada. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2016. Volume 30. No. 12, pp. 14-16.
10 Portyanko V.A., Pomorcev A.A., Kalashnik N.A. i dr. Geneticheskij kontrol' aveninov i principy ih klassifikacii. Gene-tika. 1987. Volume 23. No. 5, pp. 584-590 (in Russ.)
11 Pomorcev A.A., Kudryavcev A.M., Upelniek V.P. Meto-dika provedeniya laboratornogo sortovogo kontrolya po grup-pam sel'skohozyajstvennyh rastenij. Moscow : FGNU «Rosin-formagrotekh», 2004. 96 p. (in Russ.).
12 Ostapenko A.V., Tobolova G.V. Izuchenie polimorfizma avenina sortov ovsa posevnogo (Avena sativa L.) v Tyumenskoj oblasti. Trudy po prikladnoj botanike, genetike i selekcii. 2013. Volume 171, pp. 38-42 (in Russ.).
13 Nej M., Kumar S. Molekulyarnaya ehvolyuciya i filo-genetika. per. s angl. G.V. Glazko, I.B. Rogozina. Kiev. KVIC, 2004. 418 p. (in Russ.).
14 Kazak A. A., Loginov YU. P., SHamanin V. P., YUdin A. A.Selekciya adaptivnyh sortov yarovoj pshenicy v Sibiri. Zerno-voe hozyajstvo Rossii. 2015. No.1, pp. 26-30 (in Russ.).
15 Loginov YU. P., Tobolova G. V., Kazak A. A., Trufanov V. V. Bio-tipnye spektry yarovogo sorta pshenicy Tyumenskaya 80. Sibirskij vestnik sel'skohozyajstvennoj nauki. 2012. No.2, pp. 29-34 (in Russ.).
16 Novosel'skaya-Dragovich A.Yu., Bespalova L.A., SHishkina A.A. Izuchenie geneticheskogo raznoobraziya sortov myagkoj ozimoj pshenicy po gliadinkodiruyushchim lokusam. Genetika. 2015. V. 51. No. 3, pp. 324-334 (in Russ.).
17 Ostapenko A.V. Polimorfizm prolamina kul'turnyh vidov roda Avena L. v filogeneticheskih i prikladnyh issledovaniyah: dis. kand. biol. nauk. Moscow, 2016. 175 p. (in Russ.).
