CC BY
32
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-4/2016 ISSN 2410-6070_
УДК 633.13: 581.19
А.В. Остапенко
аспирант Г.В. Тоболова
к.с-х.н., доцент ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья г.Тюмень, Российская Федерация
ВЫЯВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ С ИДЕНТИЧНЫМИ СПЕКТРАМИ АВЕНИНА В КОЛЛЕКЦИИ
КУЛЬТУРНЫХ ВИДОВ РОДА AVENA L.
Аннотация
Проанализирован компонентный состав авенина культурных видов рода Avena L. Установлено, что 46,7% исследованных образцов были однотипными. В составе гетерогенных образцов выявлено от 2 до 12 биотипов. В результате кластеризации методом UPGMA выделено 49 групп образцов с идентичным компонентным составом авенина. Наиболее распространённый тип спектра имел генетическую формулу авенина Avn A2B1C3. Выявленные группы образцов с совпадающими спектрами проламинов могут быть использованы в селекционной работе по овсу при поиске исходного материала и подборе оптимальных родительских пар для скрещиваний.
Ключевые слова
Овёс, электрофорез, авенин, электрофоретический спектр, кластеризация.
Для фиксирования генофонда культурных растений и их диких сородичей в целях учёта, сбережения и действенного использования в селекции, необходима точная идентификация видов, сортов и биотипов [1]. Для решения этих задач широко применяется электрофорез запасных спирторастворимых белков семян -проламинов [2]. Благодаря значительному полиморфизму по молекулярной массе и числу компонентов, для каждого сорта или биотипа характерен специфичный состав компонентов запасных белков. Известно, что аллельные варианты блоков компонентов проламинов имеют жёстко детерминированные связи с адаптивными свойствами генотипов, а также маркируют важные хозяйственные признаки, что позволяет выделять ценные ассоциации генов и использовать их в селекции [3]. При этом спектры генетически близких сортов могут быть идентичны. Идентичность спектров проламина может быть следствием общности происхождения и отбора в процессе создания сортов экологических типов, наиболее приспособленных к определенным условиям среды [4, 5].
Для анализа генетического разнообразия овса используются проламины - авенины. Компоненты электрофоретических спектров проламина овса наследуются группами и контролируются тремя независимыми локусами: Avn A, Avn B, Avn C [6]. Высокий уровень полиморфизма авенинов дает возможность идентифицировать генотипы различных сортов овса и выявлять внутрисортовую гетерогенность, а также обнаруживать дублетные формы и контролировать генетическую стабильность образцов коллекции овса в ходе их репродукции [7].
Целью работы было выявление групп образцов с идентичными спектрами авенина в коллекции культурных видов рода Avena L.
Для анализа полиморфизма авенинов исследовали 276 образцов овса из коллекции ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» и ФГБНУ «НИИСХ Северного Зауралья». Проанализированные образцы относились к культурным видам Avena strigosa Schreb. (2n=14), Avena abyssinica Höchst. (4n=28), Avena byzantina C. Koch. (6n=42), Avena sativa L. (6n=42), а также гибридам между A. sativa L. и A. byzantina C. Koch. (6n=42).
Одномерный электрофорез авенинов проводили согласно стандартной методике [8] с некоторыми модификациями [9].
На основе полученных электрофоретических спектров авенина была составлена компьютерная матрица исходных данных, в которой присутствие компонента обозначали 1, а отсутствие - 0. Для того чтобы выявить степень генетической дифференциации образцов, данные бинарной компьютерной матрицы
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-4/2016 ISSN 2410-6070_
обрабатывали методом кластерного анализа. Кластерный анализ предназначен для классификации исходной совокупности объектов в более или менее однородные группы - кластеры, в соответствии со степенью их фено- и генотипического сходства. В качестве индекса подобия использовали коэффициент Dice, который также известен как коэффициент Nei-Li:
S = (1)
па+пь
где па и щ - это число компонентов, присутствующих в спектрах А и В, соответственно, а - это количество компонентов, общих для двух спектров. S может приобрести любое значение от 0 до 1, где 0 означает отсутствие общих компонентов, а 1 говорит о том, что спектры идентичны [10]. Генетические дистанции (d) для построения дендрограммы вычисляли по формуле:
d = 1-S, (2)
Для кластеризации применялся метод попарного внутригруппового невзвешенного среднего (UPGMA) [11]. Кластеризацию проводили с помощью компьютерной программы MEGA 6.06.
В результате анализа электрофоретических спектров установлено, что 46,7% исследованных образцов были однотипными, включая все образцы песчаного и абиссинского овса. В состав гетерогенных образцов входило от 2 до 12 биотипов. Среди образцов вида A. sativa однотипными были 47,7%. У вида A. byzantina количество однотипных образцов составило 25,0%. Политипность образцов обуславливается особенностями выведения. Однако наличие нескольких типов спектра в одном образце может быть и результатом простого механического либо биологического засорения сорта [4].
Для наиболее полного изучения компонентного состава авенина, все выявленные биотипы рассматривались как самостоятельные образцы. В результате, в бинарную матрицу были внесены данные о компонентном составе 683 биотипов.
Полученная в результате кластеризации дендрограмма состояла из двух кластеров. Первый сформировали образцы песчаного овса. Второй кластер имел сложную структуру с большим количеством подкластеров и более мелких групп, в которые объединялись образцы со схожим и даже идентичным компонентным составом.
Сортоспецифичными электрофоретическими спектрами авенина характеризовались 457 образцов исследованной коллекции.
Не имели сортоспецифичных спектров 226 образцов. Всего было выделено 49 групп образцов с идентичными спектрами авенина, значение генетической дистанции по Dice между которыми равнялось нулю. Количество образцов с совпадающими спектрами в группах варьировало от 2 до 23. Наиболее многочисленными по составу были группы, объединяющие образцы с генетическими формулами авенина Avn A2B1C1, A2B4C1, A4B4C2, А2В4С2, A2B1C2 и A2B2C6*, а самый распространённый тип спектра имел генетическую формулу авенина А2В1С3 (рисунок 1).
Рисунок 1 - Электрофоретические спектры и схемы сортов St - Астор (стандарт), 1. - К-14717, 2 - К-14922, 3 - К-13360.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-4/2016 ISSN 2410-6070_
Однако совпадение компонентного состава авенинов не означает полной идентичности особей. Совпадение спектров проламина у образцов может свидетельствовать об идентичном наборе их базисных генов. В то же время, имея ряд идентичных генов, такие образцы могут отличаться по другим, в том числе морфологическим и хозяйственно-ценным признакам [12].
Таким образом, в результате электрофоретического анализа компонентного состава авенина культурных видов рода Avena L. установлено, что 33% исследованных образцов не имеют сортоспецифичных спектров. Возможно, такие образцы обладают схожими или даже идентичными хозяйственно-ценными признаками и биологическими, а также адаптивными свойствами. Маркирование сложных признаков осуществляется преимущественно через генотип и в процессе отбора по количественным признакам происходило выделение генотипов с определёнными сочетаниями маркирующих их аллелей авенин-кодирующих локусов [2]. Выделение групп образцов с идентичными спектрами авенина может представлять интерес для селекции, при поиске исходного материала и подборе оптимальных родительских пар для скрещиваний.
Список использованной литературы:
1. Конарев, А.В. Использование полиморфизма проламинов в изучении исходного материала и семеноводстве кормовых злаковых трав / А.В. Конарев, И.Н. Перчук, С. Накаяма // Аграрная Россия. - 2002.
- №3. - С.63-65.
2. Конарев А.В. Адаптивый характер молекулярного полиморфизма и его использование в решении проблем генетических ресурсов растений и селекции / А.В. Конарев // Аграрная Россия. - 2002. - .№ 3. - С.4-11.
3. Созинов, А.А. Полиморфизм белков и его значение в генетике и селекции / А.А. Созинов. - М.: Наука, 1985. - 272 с.
4. Поморцев, А.А. Гордеин-кодирующие локусы как генетические маркеры в популяционных, филогенетических и прикладных исследованиях ячменя: дис. ... докт. биол. наук / А.А. Поморцев. - М, 2008.
- 370 с.
5. Новосельская-Драгович, А.Ю. Генетическая дифференциация сортов мягкой пшеницы с использованием множественных аллелей глиадинкодирующих локусов / А.Ю. Новосельская-Драгович, А.В. Фисенко, В.А. Пухальский // Генетика. - 2013. - Т.49. - №5. - С. 569-580.
6. Портянко В.А. Генетический контроль авенинов и принципы их классификации / А.А. Поморцев, Н.А. Калашник, В.И. Богачков, А.А. Созинов // Генетика - 1987. - Т.23. - № 5. - С.584-590.
7. Тоболова Г.В. Определение компонентного состава авенина у сортов овса, возделываемых в Тюменской области / Г.В. Тоболова, Ю.П. Логинов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им.Н.И. Вавилова. -2012. - № 01. - С.37-39.
8. Bushuk, W. Wheat cultivar identification by gliadin electrophoregrams. I. Apparatus, method and nomenclature / W. Bushuk, R.R. Zillman // Canadian Journal of Plant Science. - 1978. - V 58 (2). - P. 505-515.
9. Остапенко, А.В. Изучение полиморфизма авенина сортов овса посевного (Avena sativa L.) в Тюменской области / А.В. Остапенко, Г.В. Тоболова // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. - 2013. -Т.171. - С. 38-42.
10. Nei, M. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases / M. Nei, W. Li // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1979. - V. 76. - P. 5269-5273.
11. Sneath, P.H. Numerical taxonomy. The principles and practice of numerical classification / P.H. Sneath, R.R. Sokal. - San Francisco: W. H. Freeman and Co., 1973. - 200 p.
12. Жученко, А.А. Адаптивная система селекции растений (эколого-генетические аспекты) / А.А. Жученко -М.: «Издательство Агрорус», 2001. - Т.1. - 780 с.
© Остапенко А.В., Тоболова Г.В., 2016
