Содержание к диссертации
Введение
I. Обзор литературы 8
1.1. Морфобиологиеская и биохимическая характеристика проса 8
1.2. Перспективы использования белковых и ДНК маркеров в исследованиях злаковых культур 25
II. Условия, материал и методы исследований 36
2.1.Условия проведения исследований 36
2.2. Материал исследований 38
2.3. Методы исследований 40
III. Особенности белкового комплекса зерна различных морфотипов проса посевного 50
3.1. Влияние морфофизиологических показателей на продуктивность и содержание белка в зерне 54
3.2. Аминокислотный состав белка в зерне проса 64
IV. Электрофорез запасных белков семян проса
V. Анализ днк проса и просовидных культур 94
5.1. Использование молекулярных маркеров для анализа генома просовидных культур и оценка гибридов (Setaria italica L. X Panicum miliaceum L.) 94
5.2. Использование ПЦР-анализа для идентификации генотипов проса (Panicum milliaceum L.) 106
Выводы 112
Практические рекомендации 114
Список литературы 115
Приложение 132
- Перспективы использования белковых и ДНК маркеров в исследованиях злаковых культур
- Влияние морфофизиологических показателей на продуктивность и содержание белка в зерне
- Аминокислотный состав белка в зерне проса
- Использование молекулярных маркеров для анализа генома просовидных культур и оценка гибридов (Setaria italica L. X Panicum miliaceum L.)
Введение к работе
Зерновые культуры обеспечивают свыше 50% белка для питания человека, поэтому в современных условиях важной проблемой является создание новых сортов злаковых культур, сочетающих высокое содержание и качество белка с достигнутым уровнем урожайности и устойчивостью к неблагоприятным факторам среды и биотическим стрессам.
По данным FAO (2000), мировое производство просовидных культур составляет 29,7 млн.т, из них 13,35 млн.т (45%) - просо жемчужное (Pennicetum), просо итальянское или чумиза, могар (Setaria) - 5,78 млн.т (19%), просо посевное {Panicum miliaceum L.) - 5,06 млн.т (17%). В России и странах СНГ сосредоточено около 50% от мирового производства проса посевного, в Китае — около 30%, также данная культура выращивается в Индии (10%), Северной Корее (3%), Аргентине (3%) и Северной Америке (2%).
Просо обладает высокой устойчивой урожайностью, что обусловлено его биологическими особенностями. Высевая 25...30 кг/га семян, можно получить 5...6 т зерна с гектара (Елагин И.Н., 1981). Положительным качеством проса является большая по сравнения с другими зерновыми культурами устойчивость его к болезням и вредителям (Романенко Г.А. и др. 1999).
Основным и наиболее ценным продуктом, является крупа проса -пшено, по вкусовым качествам и пищевым достоинствам занимающее одно из первых мест среди других круп. Пшено содержит 12,0... 14,7% белка -больше, чем рисовая, ячневая, кукурузная и сортовая крупы. В составе белка выявлены все незаменимые аминокислоты. По этому показателю пшено превосходит крупы из других культур, а также ржаной и пшеничный хлеб.
Эффективность исследований по улучшению качества зерна проса, зависит, прежде всего, от надежного исходного материала. И если до настоящего времени подбор исходного материала и методы селекции проса на продуктивность, устойчивость к патогенам можно признать вполне успешными, то биохимические особенности белка зерна проса слабо изучены. Не выяснена природа высокобелковое, ее генетическая обусловленность, не разработаны эффективные селекционно-генетические методы получения генотипов проса с использованием маркерных генов.
Актуальность работы. В настоящее время возникла ситуация, в результате которой практически не учитывается качество белка зерна проса, которое по вкусовым и пищевым достоинствам является ценным и недорогим продуктом питания. Проблема повышения содержания белка и улучшения его качества в зерне проса заключается в выявлении и создании новых форм, источников ценных биохимических свойств и их идентификации.
Изучение запасных белков проса позволит разработать способы идентификации генотипов и выявить сопряженность изменчивости состава данных белков с морфофизиологическими показателями, определяющими продуктивность растений. Полигенная природа большинства признаков ограничивает возможности генетического маркирования и контроля за переносом полезных генов в новые формы растений. Данных об использовании белковых и ДНК локусов как генетических маркеров хозяйственно значимых признаков, крайне недостаточно, а вопросы ценности различных аллелей в отношении пищевых и кормовых достоинств зерна проса вообще не исследованы. Информацию о биохимических особенностях белкового комплекса и применении современных методов идентификации исходного и гибридного материала необходимо целенаправленно использовать при разработке новых селекционных технологий.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданием 08.02.03 по программе Россельхозакадемии на 2001 ...2005гг. «Провести комплексную биохимическую и технологическую оценку генофондов зернобобовых и крупяных культур, выделить источники высокобелковости, отличных потребительских, пищевых и кормовых достоинств, провести паспортизацию сортов гороха, проса и гречихи по белковым формулам и ДНК-маркерам».
Цель и задачи исследования. Цель данной работы - определение особенностей различных морфотипов проса по содержанию и составу белка, выявление полиморфизма фракций запасных белков и идентификация генотипов с маркерными генами.
Для этого решались следующие задачи: провести оценку генетической коллекции проса по продуктивности, морфофизиологическим показателям, содержанию и составу запасных белков; установить различия между изучаемыми генотипами по содержанию отдельных аминокислот и выявить связь между ними; изучить полиморфизм фракций запасных белков проса; установить отличия генотипов от стандарта по белковым спектрам; определить возможность использования ПЦР анализа для идентификации просовидных культур и генотипов проса; выделить новый ценный исходный материал с маркерными генами.
Научная новизна работы. Установлено, что процессы накопления белка в зерне проса посевного имеют отрицательную связь с морфофизиологическими показателями, определяющими продуктивность растений.
Впервые при изучении полуизогенных линий проса выявлены повышенное содержание белка у генотипов с рецессивными аллелями мутантных генов тр, sd. Установлены особенности аминокислотного состава белков проса и проведена группировка генотипов по соотношению отдельных блоков аминокислот, влияющих на адаптивные свойства и пищевую ценность зерна. Проведена идентификация генотипов проса по фракциям запасных белков и установлена степень отличия в электрофоретических спектрах от сорта стандарта Благодатное. Впервые обнаружен ДНК маркер мутантного гена тр, указывающий на повышенное содержание белка. Используя ПЦР анализ ДНК, подтверждена возможность идентификации гибридов проса посевного и проса итальянского (Setaria italica L. X Panicum miliaceum L.).
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Выявлен ценный исходный материал с повышенным содержанием белка и отдельных незаменимых аминокислот. Предложен новый подход для подбора родительских пар при создании генотипов с улучшенным качеством белков и возможным увеличением выхода белка с единицы площади.
Показана возможность применения белковых и ДНК маркеров для филогенетических исследований проса посевного и выявления высокобелковых форм. При разработке новых селекционных технологий предложен комплексный подход для отбора генотипов проса на основе электрофоретического анализа запасных белков и их идентификации с помощью полимеразной реакции (ПЦР)- Создан и передан на Государственное сортоиспытание новый высокобелковый сорт проса Вельсовское.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на 1-ом Международном конгрессе «Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва 2002), на V съезде общества физиологов растений России и на международной конференции «Физиология растений - основа фитобиотехнологии» (Пенза, 2003), на научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов «Биологические основы современной агрономии» (Орел, 2004), на научно-методической конференции «Физиологические аспекты продуктивности растений» (Орел, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Обьем и структура диссертации. Диссертация изложена на 153 страницах и состоит из введения, 5 глав, общих выводов, практической значимости и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 182 наименований, в том числе 30 на иностранных языках. Диссертация иллюстрирована 16 таблицами и 21 рисунками. Приложений - 5.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Влияние морфофизиологических показателей на содержание и состав белка проса.
Особенности и закономерности состава и запасных белков зерна проса посевного.
Источники и доноры повышенного содержания белка и отдельных незаменимых аминокислот, в том числе генотипы с мутантными маркерными генами.
Регистрация и идентификация сортов и полуизогенных линий проса по запасным белкам.
Идентификация маркерных генов проса с использованием ДНК анализа.
Перспективы использования белковых и ДНК маркеров в исследованиях злаковых культур
В настоящее время наиболее актуальным аспектом в растениеводстве остается разработка всеобъемлющей генетической классификации сортов, которая отражала бы экологическую дифференциацию видов культурных растений и позволяла бы гораздо точнее и быстрее подбирать исходный материал по заранее заданным параметрам адаптивности. В основе предложенного Н.И. Вавиловым (1926) экологогеографического подхода к внутривидовым классификационным построениям использован комплексный подход, который включает обобщение всех известных данных по истории, географии и экологии культуры.
Целостность генома вида защищена каскадом генетических систем, катализирующих процессы генетической изменчивости и ограничивающих спектр доступных естественному и искусственному отбору рекомбинантов. Роль генетической изменчивости оказывается существенной в селекции, когда на создание новых сортов растений со все большей урожайностью и комплексом хозяйственно ценных признаков отводятся лишь считанные годы. Необходимость расширения и качественного изменения спектра доступной отбору генетической изменчивости культурных растений стало очевидной и неотложной. При оценке генетического разнообразия особого внимания заслуживает учет новых аллелей, а также новых сочетаний генов. Большинство адаптивных хозяйственно значимых полигенных признаков генетически не идентифицированы и биохимически не охарактеризованы, методы генной инженерии разработаны для небольшого числа культур (Жученко А.А., 2003)
«Маркерная технология» вошла в биологию довольно давно (маркер — метчик, в биохимии — фактор идентификации). На первых этапах она опиралась на весь комплекс химических субстанций, вплоть до веществ вторичного происхождения. Наиболее же перспективным оказался анализ макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Так называемое молекулярное маркирование основано на полиморфизме белков и нуклеиновых кислот. Такой же полиморфизм обнаруживается физико-химическими методами при анализе масел, спиртов, органических кислот, веществ вторичного происхождения. Однако этот полиморфизм из-за ряда принципиальных ограничений не нашел широкого применения при решении фундаментальных проблем биологии. В числе таких ограничений — наличие многих промежуточных этапов при реализации информации (Хавкин Э.Я. 1995, Конарев А.В. 1998).
Любая субстанция, претендующая на роль маркера, должна отвечать определенным требованиям. Это касается и маркеров генетических систем разного уровня. Непременным условием является и то, что перед тем, как маркер может быть использован для решения каких-либо конкретных задач, корректность его применения должна быть аргументирована с генетических и биохимических позиций (Конарев В.Г., 1983, Созинов А.А., 1985).
Для анализа белков используется метод их электрофоретического разделения, то при аминокислотных заменах, не приводящих к изменению заряда белковой молекулы, полиморфные молекулы не могут быть обнаружены (Сулимова Г.Е., 1993). По этому методом белковых маркеров не может быть исследовано около 90% генома. Метод ДНК-маркеров снимает эти ограничения и позволяет маркировать практически любой участок ДНК, интересующий исследователя, при этом число ДНК-маркеров во много раз превосходит потенциал изоферментов или запасных белков (Хавкин Э.Е., 1997).
По мнению ряда исследователей, молекулярные маркеры должны обладать определенными свойствами и отвечать следующим требованиям: высокий уровень полиморфизма; кодоминантный характер наследования; оптимальный уровень частоты встречаемости в геноме для решения конкретных задач; равномерное распределение в геноме по хромосомам; селективно нейтральное поведение; легкая оценка параметров маркера; возможность автоматизации оценки параметров маркера; высокая воспроизводимость оценки параметров маркера; возможность легкого обмена данными между лабораториями (Созинов А. А 1985, Weising К., Nybo m Н., Wolff К. е.а 1995.). Следует заметить, что не существует молекулярных маркеров, которые полностью соответствовали бы перечисленным требованиям.
Молекулярные маркеры являются чрезвычайно эффективным инструментом генетических исследований растений и вносят существенный вклад в изучение природы классических генов и локусов количественных признаков, картирование генов и QTLs, а также разработку методов переноса картированных генов в другие формы растений. Однако практическое применение молекулярных маркеров для создания новых высокопродуктивных и пластичных сортов сельскохозяйственных культур пока еще сильно отстает от потенциальных возможностей описанных выше методов (Хавкин Э.Я., 1997). Однако в ближайшее время без этих методов уже нельзя будет обойтись, особенно при интродукции новых генов и количественных признаков, при получении трансгенных растений и подборе родительских пар для скрещивания (Lee М., 1995).
В тех странах, где существует система защиты авторских прав селекционеров, метод электрофореза используют для подтверждения новизны создаваемых сортов. Однако, новые методы Международный союз по охране новых сортов растений (UPOV), пока не включает в справочники по тестированию культурных видов растений. Эта организация куда входит Россия и еще 37 стран, рекомендует использовать только морфологические признаки растений. (Официальный бюллетень Госкомиссии РФ, 1998), хотя, начата разработка биохимических методов оценки генотипов злаковых культур, как пшеница, ячмень и овес для включения в соответствующие методики проведения испытаний на однородность, отличимость и стабильность.
Методы идентификации растительных генотипов по белковым маркерам не лишены целого ряда серьезных недостатков. Как правило, при анализе генотипа по запасным белкам не удается сохранить само растение, а спектры изоферментов могут различаться в зависимости от вида растительной ткани и стадий онтогенеза. Таким образом, в настоящее время возрастает роль новейших молекулярно-биологических методов идентификации генотипов культурных растений, в первую очередь — это методы, разработанные на основе ДНК-маркеров и полимеразной цепной реакции. На разработку таких методов направлены значительные денежные средства ведущих селекционных и семеноводческих фирм, например такой фирмы, как «Pioner — Hi Breed Int.» (США) (Smith J.S.C., 1992).
Влияние морфофизиологических показателей на продуктивность и содержание белка в зерне
Современные сорта проса различных морфотипов не отличаются по протеиновому комплексу, что связано с отсутствием информации о генетической детерминации качества белка. Поэтому в наших исследованиях были включены полуизогенные линии с маркерными генами оригинальной генетической коллекции ГНУ ВНИИЗБК (глава2, табл. 2). Впервые изучены различные морфотипы, в том числе контролируемые рецессивными аллелями мутантных генов mp, sd и аналоги (полуизогенные линии): с хлорофильными нарушениями (ХМ2137), скрученностью листьев (СКЛ2183) и ультраранний, с нейтральной реакцией на длину дня (УР2098-9). Указанные генотипы проса и полиплоидная форма сорта Благодатное резко отличаются по онтогенезу от исходной формы Благодатное и его аналогов: с генами резистентности к головне, различной окраски зерна, а также от сортов Ильиновское и Вельсовское,
Реализация потенциальной продуктивности растений, а также процесс накопления белка связаны с морфофизиологическими показателями морфотипов. В наших исследованиях для оценки сортов и линий были взяты следующие показатели: период вегетации (всходы - созревание), высота растения, длина метелки, сухая надземная масса растения в конце вегетации, масса зерна и уборочный индекс, который характеризует отношение массы зерна с 1 растения к общей надземной биомассе. По морфологическим признакам изучаемые сортообразцы разбиты на 3 группы (табл. 5).
Большинство изучаемых морфотипов не отличалась по длине вегетационного периода от исходной формы стандартного сорта Благодатное, за исключением среднепозднего сорта Ильиновское (селекции НИИ Юго-Востока) и оригинальной ультрараннеей линии УР2098-9 (селекции ВНИИЗБК).
Сорта выделенные в отдельную группу, обеспечивают получение высокой продуктивности и характеризуются оптимальной высотой и длинной метелки, высоким показателем массы зерна с растения, который обусловлен высоким уборочным индексом до 49% Благодатное и Квартет. Вместе с тем. следует отметить, что для сорта Ильиновское, выращенного в нетипичной для него зоне, характерным является в отличии от вышеуказанных сортов более высокая сухая надземная биомасса до 14 г/раст. при снижении уборочного индекса до 40%.
Группа полуизогенных линий с мутантным типом метелки характеризовалась различной высотой растений от 102 см у MB 1904 до 40 см у ДМ 2083 и непропорциональным стеблю длиной метелки от 5 см при высоте растений 62 см у соргообразного карлика с комовым типом метелки КС02187 до 23 см при высоте 57 см у мутанта СКЛ2183. Также у мутантных форм несбалансиро ванны процессы, связанные с накоплением и реутилизацией ассимилятов - сухая надземная биомасса растения изменяется в широких пределах от 5,3 г до 13,7 г. Мутантные формы в значительной степени подвержены изменениям в процессах накопления пластических веществ в метелке. Так, отмечены колебания по показателю масса зерна с растения у отдельных форм: от 0,8 г/раст. у димутанта ДМ2083 до 5,2 г/раст. у соргообразной формы С02171, продуктивность зерна которой не ниже, чем у сортов. У остальных мутантных форм ежегодно отмечалась низкая масса зерна с растения. Показатель уборочный индекс, отражающий эффективность использования пластических веществ генеративными органами, у большинства морфотипов с мутантной формой метелки, а также у полиплоидной формы, находится в диапазоне от 12...24%. Исключением является полуизогенная линия с соргообразной метелкой С02171, у которого данный показатель составил 41%, и особенно мутант со скрученными листьями СКЛ2183 - 57%, который при очень высоком индексе существенно уступал по продуктивности приведенным ранее сортам из-за очень низкого потенциала вегетативной массы.
Из группы с развесистым типом метелки три линии ХМ2137, В2161 и ЛД1906 практически не отличались по морфофизиологическим показателям от изучаемых сортов: длинна стебля с метелкой 92...103 см, длину метелки 24...29 см, более низкая сухая надземная масса в конце вегетационного периода и высокая масса зерна с растения 4,3...5,6 г/раст., имели высокие значения уборочного индекса 41...51%.
Однако, ультраранняя форма УР2098-9 при низкой высоте растений 46 см отличалась максимальным уборочным индексом - 58%. Это указывает на высокий уровень интенсивности физиологических процессов, связанных с коротким периодом накопления пластических веществ в зерне.
Полиплоидная форма Благодатное П отличалась невысоким уровнем надземной биомассы, низкой массой зерна с растения, что в конечном счете отразилось на уборочном индексе - 21%.
Могарообразные аналоги по сравнению со стандартом отличаются устойчивостью к полеганию, несомкнутостью цветковых чешуи. Соргообразные карлики, созданные на базе сорта Благодатное в результате беккроссирования рецессивного гена sd, и димутанты (сочетание генов тр и sd) выделяются плотной метелкой, низкорослостью, дружным цветением, зеленым стеблем к моменту созревания зерна, имеют изогнутое основание стебля и при полегании образуют на нижних узлах мощные дополнительные корни (Сидоренко B.C., Гуринович CO., 2003).
Таким образом, морфофизиологические особенности данного набора сортов и линий, как с мутантным типом метелки, так и с развесистым указывают на то, что у растений этих морфотипов происходят существенные физиологические изменения под воздействием отдельных генов и их групп. Это особенно отражается на процессах накопления пластических веществ в зерне, что подтверждается существенным различием по соотношению уровня надземной массы растения и эффективности ее использования.
Представленные в таблице 5 коэффициенты вариации средних значений морфофизиологических показателей можно рассматривать как изменчивость этих характеристик у набора морфотипов, которая отражает, прежде всего, генотипическое варьирование, поскольку модификационный компонент нивелирован данными разных по погодным условиям лет. По этой причине далее речь будет идти о генетических корреляциях.
Незначительное варьирование сортов и линий по длине вегетационного периода (менее 10%) указывает на выравненность изучаемого материала по этому показателю, что не мало важно для определения морфофизиологических и биохимических параметров. В представленном наборе сортов наблюдается высокое варьирование по изучаемым показателям примерно одного порядка от 32,9% до 45,2%, что указывает на значительное разнообразие морфотипов и играет важную роль для определения корреляций между этими характеристиками, также их связью с продуктивностью растений и содержанием белка.
Аминокислотный состав белка в зерне проса
За годы исследований, несмотря на различные погодные условия, среднее содержание белка, в данном наборе, изменялось незначительно (13,6... 14,2%), содержание НАК в белке варьировало от 34,1...35,8% (табл. 9). Следует отметить, что мутантные формы как по содержанию белка, так и по содержанию суммы НАК по годам сильно отличались от стандарта.
У сорта проса Благодатное и линии мультилинейного сорта Квартет с генами устойчивости к головне (Sp) адаптированных к условиям выращивания, содержание белка по годам изменялось от 12,2 до 13,7%. Южный экотип проса (сорт Ильиновское) в 2001 и 2002 гг. превысил стандарт Благодатное по содержанию белка в зерне, но в условиях влажного 2003 года у него наблюдалось резкое снижение этого показателя до 11,1%, хотя по среднему значению за 3 года он был на уровне стандарта. Тенденция снижения количества белка во влажные годы и повышения его накопления в жарких засушливых условиях отмечена при изучении коллекций ВИР. (Ярош Н.П., 1977; Подвезько В.В., 1978; Курцева А.Ф., 1981; Ярош Н.П., Курцева А.Ф., 1985; Подвезько В.В., и др., 1988)
В наших исследованиях, влияние погодных факторов на содержание белка по годам не отразилась на среднем значении этого показателя, вследствии более значительной роли различных генетических факторов, обуславливающих накопление протеина, у исследуемых сортов и линий, содержащих мутантные гены.
Особенно следует обратить внимание на содержание НАК в белке по годам. Некоторые сортообразцы несмотря на высокое содержание белка имели низкое значение суммы НАК: MB 1904, КСО 2187, ХМ 2137. У образцов ЛД 1906, SP 2007, ДМ 2083 наблюдалось значительное увеличение этого показателя, хотя линия ЛД 1906, несмотря на высокое содержание НАК, имела пониженное содержание протеина. Димутантная форма ДМ 2083 отличалась наиболее высоким значением НАК в сочетании с максимальным содержанием белка в зерне. Также можно предположить, что линия сорта Квартет (SP 2007) влияет как на содержание белка так и на сумму НАК оказывает ген резистентности к головне Sp2, так как у других линий SP превышение стандарта по этим показателям не наблюдалось (табл. 9).
Для выявления закономерностей содержания белка в зерне и суммы НАК в белке обнаружены следующие корреляции. Так, между данными по содержанию белка в зерне по годам установлена высокая положительная корреляция (г=+0,54...+0,б5). Особенно следует отметить тесную положительную связь этого показателя в отдельные годы со средним значением за три года исследований (г=+0,81, +0,90, +0,84). Сумма НАК положительно коррелировала с содержанием белка (г=+0,60) только в 2001 г., в остальных случаях связь не обнаружена. Между годами показатель сумма НАК имеет очень слабую положительную корреляцию (r=+0,1..,+0,20), Вместе с тем, среднее значение содержания НАК имеет высокую положительную корреляцию с данными по годам исследований, соответственно (г=+0,59, г=+0,57, г=+0,79), что подтверждает необходимость многолетнего изучения этого показателя (табл. 10).
По результатам проведенного корреляционного анализа полученных данных можно сделать вывод, что погодные условия оказывают меньшее влияние на общее содержание белка в отличие от качественных показателей белка (сумма НАК). При исследовании данного генетически разнородного набора образцов, можно предположить, что существует возможность изменения качества белка проса без существенных потерь в его количестве.
Для более детального анализа генотипов установлена степень различия между общим аминокислотным составом (АК) сорта проса Благодатное от других исследуемых форм и степень различия в сумме НАК. Степень различия (Ср) аминокислотного состава устанавливали методом попарных сравнений (СемиховВ.Ф. 1981, 1984).
Самые минимальные степени различий (СР) по составу аминокислот (коэффициент 1) имели Вельсовское (КС 10 Ш), Благодатное П, М02172, ХМ2137, максимальные СР (коэффициент 2) были у ЛД1906, УР2098-9, СКЛ2183, SP1963, ДМ2083 (рис. 2, приложение 2). Таким образом, можно сделать вывод, что между сортами и линиями с маркерными генами внутри вида имеются различия по аминокислотному составу, то есть существует внутривидовой полиморфизм.
Отклонения по содержанию НАК (рис. 2, приложение 2) отображают качественное изменение белка в сравнении со стандартом Благодатное. Минимальные отличия имели большинство изучаемых генотипов: Вельсовское, Ильиновское, Благодатное П, MB 1904, М02172, С02171, KC02187, XM2137, B2161, УР2098-9, СКЛ2183, SP1963, SP1950, эти различия не превышали 1% от общего содержания НАК в стандарте Благодатное. Вместе с тем, отмечено высокое содержание НАК 1% у ЛД1906, SP2007, ДМ2083, SP1965.
Образцы ДМ2083 и SP2007 имеют значительные отличия по АК составу и по сумме НАК от стандарта Благодатное. В данном случае основные изменения в АК составе произошли за счет незаменимых аминокислот, то есть на уровне аминокислотного состава также отмечен полиморфизм. Так, отдельные полуизогенные линии и мутантные формы, имеющие маркерные гены, отличаются от стандарта не только по АК составу, но и по содержанию НАК.
В результате статистического анализа по содержанию белка и НАК у сортов и бекроссных линий выявлены генетические источники повышения качества белка проса, обоснованно использование мутантных форм с измененной архитектоникой, обусловленной взаимодействием рецессивных аллелей тр и sd, типа ДМ2083 (рис. 3), и включение их в гибридизацию для создания сортов проса с повышенным содержанием белка и суммой незаменимых аминокислот. Также следует отметить, что полуизогенные линии, типа SP2007, сочетающие высокую продуктивность с расоспецифической устойчивостью к головне отличаются от исходной формы Благодатное улучшенным качеством белка (повышенное содержание НАК). Это можно объяснить влиянием мутантной формы, которая использовалась при создании указанной линии.
Использование молекулярных маркеров для анализа генома просовидных культур и оценка гибридов (Setaria italica L. X Panicum miliaceum L.)
Для определения межродового полиморфизма в работе анализировались образцы основных просовидных культур селекции ВНИИЗБК: просо посевное {Panicum miliaceum L.), просо африканское (Pennisetum glaucum L.), просо итальянское (Setaria italica L.), отличающиеся морфобиологическими особенностями. Указанные виды просовидных культур наиболее широко распространены в мировом производстве зерна относятся к семейству Роасеае (мятликовые), подсемейству Panicoidae (просовидные), трибе Paniceae (просовые). Просо посевное, (Рапісит miliactum L.) имеет следующие морфофизиологические особенности. Стебель - соломина, состоит из 5 - 7 междоузлий. Стеблевые узлы крупные, цилиндрической или бочкообразной формы. Верхняя и нижняя части стебля опушены волосками. Средняя высота стебля 75 - 100 см. Просо обладает большой способностью к кущению. Позднеспелые формы проса обычно имеют большее ветвление, а скороспелые - меньшее. Листья отходят от каждого стеблевого узла. Листовая пластинка ланцетовидная, длиной до 65 см и шириной 0,75 см и более. Лист бывает опушенный, причем наибольшее опушение наблюдается на влагалище и на нижней части листовой пластинки. Соцветие проса - метелка. Встречаются длинные метелки - больше 25 см и укороченные -меньше 15 см. На каждой веточке метелки проса расположено по одному колоску. Колосок состоит из цветка и покрывающих его трех колосковых чешуи. Колоски, расположенные в верхней части и по бокам соцветия, наиболее развиты, а расположенные внутри соцветия и в его нижней части часто бывают недоразвитыми. Плод -зерновка, пленчатый. Пленки удаляются с плода при его технической обработке. Масса 1000 семян 5 - 9 г. В наших опытах исследовались, в основном сортообразцы подвида Panicum miliactum effusum L. с развесистым типом метелки (рис.12).
Африканское просо - Pennisetum glaucum L. (другие названия жемчужное просо и американское просо) по внешнему виду несколько напоминает высокорослые сорта сорго. Стебель африканского проса прямой, слегка опушенный в узлах, покрытый длинными широкими листьями, достигает в высоту 2-3 м и заканчивается соцветием, после выбрасывания которого становится прочным, крепким. Кустистость, в зависимости от площади питания и почвенных условиях, колеблется от 3 до 18 и больше побегов на одно растение. Листья линейные, крупные, средняя длина 60-70см, ширина 4-4,5см на одном стебле бывает 8-10 листьев. Соцветие -колосовидная метелка длиной 16-50 см. Соцветия расположены не только на главных стеблях, но и на стеблях, отходящих от узла кущения. Кроме того, из пазух листьев отходят пазушные побеги, которые также заканчиваются соцветиями. Интенсивное ветвление стеблей и образование метелок африканского проса происходит в течение продолжительного срока. Соцветия раньше всего образуются на главных стеблях, затем на стеблях, отходящих от узла кущения и, наконец, на пазушных побегах. Этим обусловлено весьма неравномерное и продолжительное цветение. Плод -голая зерновка темно серого цвета. Вес 1000 семян 5 - 12 г. Цветочные чешуи легко опадают при молотьбе. Для анализа ДНК использовались раннеспелые формы селекции ВНИИЗБК (Рис.13).
Просо итальянское разделяют на 2 подвида: Setaria italica ssp. maxima - чумиза, отличительными признаками которой является более длинная, яснолопастная метелка, несколько более высокий рост и меньшая кустистость, и Setaria italica ssp. moharicum - могар, растение с узкой, плотной цилиндрической метелкой. Плод чумизы - зерновка различной формы - от почти шаровидной до удлиненно - яйцевидной. Цветочные пленки, плотно облегающие семя, по цвету бывают почти белыми, желтыми, оранжевыми, красными, черными, различных оттенков. Освобожденная от пленок (обрушенная) зерновка - шаровидная или удлиненная, со спинной стороны как бы срезанная. Окраска его варьирует от почти белой до темно-желтой и оранжевой. Вес 1000 зерен в пленках - от 1,5 до 4 г. Всходы по окраске зеленые или в разной степени антоцианово окрашенные. Стебель прямой, гладкий, под метелкой немного шероховатый, почти цилиндрический, внизу немного сплющенный, с небольшим желобком. Стеблевые узлы выпуклые, голые или в разной степени опушенные. Число узлов колеблется от 6 до 12. Окраска стеблей варьирует от зеленой до антоциановой, высота их до 2 м. Лист широко ланцетный, длиннозаостренный, зеленый или антоциановый. Поверхность листа шероховатая, края зазубренные. Нижняя часть листа большей частью голая, верхняя же в разной степени опушена. Длина пластинки 25-65 см, ширина 2-4 см. Соцветие - колосовидная метелка. На коротких ветвях метелки расположены колоски, общее количество которых достигает 3 -5 сотен и больше. Колоски образуют ясно выраженные лопасти разной величины и формы. В зависимости от густоты расположения лопастей и их отклонения от стержня различают плотные и рыхлые метелки. Между колосками пучками расположены щетинки, представляющие собой недоразвитые ветви метелки. Густота расположения щетинок, их длина и окраска у разных сортов различны. Длина их от 2-3 до 15-20мм. В проведенных исследованиях использовались внесенный в Госреестр РФ сорт чумизы Стрела, не имеющий щетинок и хорошо адаптированный к возделыванию в центральных регионах, а также сортообразцы могара селекции ВНИИЗБК (рис. 14).
