Полипептидные маркёры видов Hedysarum L. Оренбургского Приуралья

Авдеев Владимир Иванович; Релишский Александр Ильич

В.И. Авдеев, д.с.-х.н., А.А. Релишский, соискатель, Оренбургский ГАУ

На территории Оренбуржья в дикорастущем состоянии отмечены 7 видов копеечника (Hedysarum L.), принадлежащего к обширному семейству Fabaceae Lindl. Из этих видов таксономически были изучены 4 вида, наиболее часто встречающиеся в местных природных популяциях [1, 2]. Помимо внешних признаков, в систематике бобовых растений используют молекулярные признаки, в частности, поли-пептидные (белковые) маркёры, позволяющие анализировать генетическую структуру таксонов [3]. Виды рода Hedysarum L. в этом плане почти не изучены. Цель статьи — сравнительное исследование, выявление генетического механизма формирования полипептидной структуры трёх видов, произрастающих на территории Оренбуржья: копеечника крупноцветкового (H. grandiflorum Pall.), копеечника серебристолистного (H. argyrophyllum Ledeb.) и копеечника Гмелина (H. gmelinii Ledeb.).

Сбор семян указанных видов копеечника проводили в популяциях близ г. Оренбурга (Оренбургский, Сакмарский районы) [1, 2], а H. argyrophyllum — в Кваркенском районе Оренбургской области. Анализ запасных белков семян этих видов выполняли в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ВНИИР им. Н.И. Вавилова (г. Санкт-Петербург) по принятой международной методике ISTA [4]. При этом в каждый карман полиакриламидной гелевой пластинки, подвергаемой вертикальному электрофорезу, вносили по 8 мкл белкового раствора, что позволяло получать у изучаемых видов копеечника чёткие полипептидные компоненты электрофореграммы (ЭФ). Для выявления взаимной близости этих трёх видов учитывали процент общих компонентов.

Характерной особенностью ЭФ видов Hedysarum является значительная их насыщенность поли-пептидными компонентами, что указывает на высокую полигенность отдельных особей каждого вида по запасным белкам семян. На ЭФ разных особей проявляется от 26—31 до 38—41 полипептидных компонента. Обнаружен довольно высокий генетический полиморфизм и в пределах каждой популяции, где насчитывается от 4—5 до 9—11 полипептидных типов спектра. В связи с этим в таблицах 1—4 приводятся типичные полипептидные спектры.

В изученной популяции H. grandiflorum на территории Кваркенского района (Зауралье)

выделены 11 типов спектров, из них приведены 2 типа, содержащие компоненты в количестве 37 и 41 (табл. 1). Учитывая приведённые данные и данные по остальным типам спектра, можно заключить, что стабильными (общими) компонентами для всех изученных особей вида в данной популяции являются компоненты 90, 81, 60, 50, 20, 15, 10. Компоненты 100, 80, 70, 63, 53, 43, 40, 30, 23, 13 имеют более половины особей. Другие компоненты — 110, 108, 107, 96, 61, 59 — являются редкими, остальные встречаются у менее половины особей. Нужно отметить, что в популяции, растущей на территории Общего Сырта, появляется стабильный компонент в позиции 80, наиболее частыми стали компоненты 110, 96, 93, 54. Иными словами, явно существуют генетические популяционные различия особей внутри одного вида.

В популяции H. argyrophyllum из Сакмарско-го района (Общий Сырт) из 10 типов спектра также приведены два с числом компонентов 37 и 28 (табл. 2). Здесь стабильными являются компоненты 90, 81 и 80, 50, 40, 20, 10, часты компоненты 93, 70, 47, 44, 33, 30, очень редки компоненты 110, 107, 105, 83, 69, 30, 29, остальные компоненты — менее редкие.

Из вышеприведённых данных следует, что компоненты разной частоты встречаемости в спектрах находятся как в зонах основных 12S-полипептидов (например, компоненты 90, 81, 80 и т.п.), кислых 12S-полипептидов (55, 50, 40 и пр.), так и в зоне высокомолекулярных 7S-полипептидов (33, 30 и менее). Это говорит о том, что гены, кодирующие синтез таксономически важных и разных по позициям полипептидов, имеют различный нуклеотидный состав.

В ботанике остаётся ещё актуальной проблема таксономического статуса H. argyrophyllum: его принимают за отдельный вид или даже за разновидность H. grandif^orum [2]. Установлено, что особое таксономическое значение среди белковых маркёров имеют названные выше стабильные компоненты [3]. У обоих таксонов копеечника из изученных компонентов стабильными являются компоненты 90, 81 (реже 80), 50, 20, 10. Стабильные компоненты 90, 81 и 80, 50, 20, 10 характерны и для вида H. gmelinii (табл. 3). За последние 20 лет нами (совместно с сотрудниками ВНИИР им. Н.И. Вавилова и с аспирантами из г. Оренбурга) методом вертикального гель-электрофореза исследованы 98 видов древесных растений из семейств Rosaceae Juss., Grossulariaceae DC., Vitaceae Juss и ряд их межродовых гибридов, 15 видов травянистых

и древесных растений из семейства Fabaceae. Выявлено, что выделенные выше стабильные компоненты (90, 81 и т.п.) присущи в разной степени таксонам и других семейств. Это говорит об их принадлежности к маркёрам высокого таксономического (семейственного и более) ранга. Анализ имеющихся ЭФ у семейства Fabaceae [3] показывает, что, кроме стабильных компонентов, все прочие (нестабильные) компоненты спорадически отмечаются в разных сочетаниях среди других родов этого обширного семейства.

Можно заключить, что высокое разнообразие фитотаксонов достигается за счёт аллелей близких генов, комбинирующихся в зиготе в доминантном, гетерозиготном, рецессивном состояниях и одновременно способных подвергаться процессам индивидуальной репрессии и дерепрессии. Так, в популяциях H. grandiflomm может выпадать (репрессироваться) важный компонент 80, прочие же компоненты подвержены этому не в меньшей степени. Поэтому фитотаксоногенез во многом связан с репрессией и дерепрессией генов в ходе эволюции. Однако оба процесса возникают в результате предшествующих им генетических событий — мутаций, рекомбинаций, длительных модификаций генов и хромосом [5, 6].

Подсчёт числа компонентов показал, что все три вида копеечника являются взаимно очень близкими, имея 4—23% уникальных компонентов. Более сходны между собой виды H. gmelmi и H. argyrophyllum (в среднем 14% уникальных компонентов), содержащие компоненты 81 и 80 и, в отличие от H. grandiflomm (в среднем 19% уникальных компонентов), не обладающие в изученных нами популяциях компонентами 23

и 21 (табл. 2 и 3). Кроме того, виды H. gmelinii и H. argyrophyllum объединяет единая для них тёмно-розовая окраска лепестков цветка [2]. По содержанию в семенах азота (в среднем 6%) и высокой крупносемянности [7] H. gmelmi можно отнести к довольно древнему виду, заходящему своим ареалом из равнинных степей Евразии в горы Северного Тянь-Шаня (Средняя Азия).

При изучении одной из популяций H. grandiforum на территории Общего Сырта обращено внимание на тип окраски семян. Чаще встречаются особи с типичной для вида коричневой (эумеланической), изредка — с жёлтой (феомеланической) и пятнистой окраской кожуры семян. Пятнистость вызвана тем, что на фоне жёлтой окраски имеются чёткие коричневые пятна. Подобная пятнистая окраска эндокарпа выявлена почти 20 лет назад на территории Западного Копетдага (Туркменистан, север Передней Азии) в контактных популяциях местных видов миндаля (Rosaceae), где с помощью компонентов 87, 88, 90 зафиксирована интрогрессия их геномов в результате гибридизации [5]. Пятнистая и полосатая окраска с участием эумеланина и феомеланина хорошо известна у животных и растений [8]. Из данных таблицы 4 следует, что пятнистая окраска у H. grandiforum объясняется интрогрессией компонентов 77, 74, 65 (жёлтая окраска) и компонента 98 (коричневая окраска). Но встаёт вопрос: как же возникли особи с жёлтой окраской кожуры семян?

Наиболее возможный механизм появления таких особей — мутация генов, кодирующих синтез эумеланина в гены феомеланина. Мутантные особи с жёлтой окраской кожуры морфологически не отличаются от типичных

1. Полипептидные спектры Hedysarum gmndiflomm L. (Зауралье, Кваркенский р-н)