Введение к работе
Актуальность проблемы
Вирус мозаики турнепса {Turnip mosaic virus - TuMV) относится к крупнейшей группе фитопатогенных вирусов семейства Potyviridae (Shukla et al., 1994). Это наиболее известный представитель рода Potyvirus, поражающий растения семейства Brassicaceae. При поражении растений происходит задержка в росте, ранняя дефолиация, снижение товарного вида кочанных и салатных форм, что приводит к заметному снижению урожайности (до 100 % в зависимости от культуры) и экономическим потерям. Во многих странах TuMV по экономической вредоносности стоит на втором месте, уступая лишь вирусу мозаики огурца {Cucumber Mosaic Virus - CMV) (Walsh et al., 2002). Вредоносность TuMV резко усиливается при совместном поражении растений с другими вирусами (Camele et al, 1991).
Один из наиболее опасных способов распространения и сохранения вирусной инфекции - передача вируса с семенами, что имеет серьезные последствия и создает очаги первичной инфекции при посеве/посадке растений в поле. Вирусы могут сохраняться в семени в течение длительного времени и распространяться на большие расстояния (Matthews, 2009). Естественная устойчивость растений является единственно возможным, эффективным и экологически безопасным способом борьбы с TuMV.
В настоящее время в России лишь отдельные исследования связаны с TuMV (Микрюков, 2010) и нет данных о его патотипическом составе, притом что опасность распространения инфекции нарастает, а количество сортов Brassica, устойчивых к патогену, невелико. Известные сорта эффективны только против какого-либо одного патотипа TuMV, а гены устойчивости малоизученны. В качестве объекта исследований при изучении генов устойчивости наиболее часто используют удвоенные гаплоидные линии (Rusholme et al., 2007; Jenner et al, 2010; Qian et al., 2013). Поэтому для изучения генов устойчивости создание дигаплоидных линий (DH-линий), одновременно являющихся источниками генов устойчивости к TuMV, представляет собой важную научную и практическую задачу.
Цель и задачи работы
Целью настоящих исследований было изучение генетического разнообразия TuMV и создание удвоенных гаплоидных линий рода Brassica -источников устойчивости к патогену.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: 1. Провести молекулярно-генетический и филогенетический анализ изучаемых изолятов TuMV.
-
Оценить коллекции Bras si са на устойчивость к TuMV и получить удвоенные гаплоидные линии - источники устойчивости к нему.
-
Оценить полиморфизм локусов eIF4E и eIF(iso)4E, связанных с устойчивостью к TuMV, у представителей Brassica.
4. Изучить возможность передачи изолята TuMV 12 через семена Brassica,
получить и проанализировать полную нуклеотидную последовательность
кодирующей части его генома.
Научная новизна работы
Идентифицированы 6 новых изолятов TuMV, принадлежащих к двум различным патотипам, один из которых впервые обнаружен в России.
Впервые проведен анализ наличия локусов эукариотических фактров инициации трансляции у различных видов Brassica: В. napus, В. juncea, В. nigra, В. oleracea и В. carinata. В результате сравнения аминокислотных последовательностей локусов BraA.eIF(iso)4E.a и BraA.eIF4E.a выявлены характерные для всех устойчивых образцов замены, вероятно, ведущие к неспецифической устойчивости образцов к TuMV. Кроме того, показано наличие трех аллельных вариантов BraA.eIF4E.a у некоторых устойчивых к TuMV образцов В. г ара var. oleifera, один из которых оказался псевдогеном.
Впервые доказана возможность передачи TuMV (изолят 12) семенами растений рода Brassica через заражение зародыша семени.
Получена полная последовательность кодирующей части генома изолята TuMV 12, проведен ее биоинформатический анализ, выявлены уникальные аминокислотные замены, вероятно, позволяющие изоляту передаваться семенами растений рода Brassica.
Практическая значимость
Получены удвоенные гаплоидные линии 13 генотипов видов В. napus и В. oleracea, обладающих устойчивостью к 6 изолятам TuMV 1 и 5 патотипов.
Описаны локусы генов eIF(iso)4E и eIF4E, представляющие собой новый и потенциально прочный источник устойчивости к TuMV, который может быть передан восприимчивым сортам и культурам рода Brassica.
Подобраны праймеры и проба для разработки набора диагностики TuMV в семенах и инфицированных растениях методом ПЦР в реальном времени.
Все нуклеотидные последовательности были опубликованы в международной базе данных GenBank и находятся в свободном доступе.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на 2-ой Международной школе-конференции молодых ученых «Генетика и селекция растений, основанная на современных генетических знаниях и технологиях» (Звенигород, 2012); XXIV и
XXV зимних молодежных научных школах «Перспективы направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва, 2012 и 2013); П(Х) Международной Ботанической Конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2012); Осеннем финале «У.М.Н.И.К.» РАН (Москва, 2012); Всероссийской Научной Конференции «Научное Наследие Н.И. Вавилова и Современность»; I Международной Интернет-конференции «Современные тенденции в сельском хозяйстве» (Казань, 2012); Международной научно-практической конференции «Фармацевтические биотехнологии» (Москва, 2013); XII Молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (Москва, 2013); 17-ой Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2013).
Личный вклад автора заключается в проведении экспериментальных и теоретических исследований. Основные результаты работы получены лично автором при его непосредственном участии в планировании и проведении экспериментов. Имена соавторов указаны в соответствующих публикациях.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 6 статей в журналах, входящих в перечень ВАК.
Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 144 страницах машинописного текста и включают 34 рисунка и 24 таблицы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы из 230 источников и 1 приложения.
