Введение к работе
Актуальность проблемы. Род Пырейник (Elymus L.) является наиболее крупным в трибе Пшеницевые {Triticeae Dum.) семейства Злаковые (Poaceae Barnh.) и включает в себя более 150 самоопыляющихся, относительно короткоживущих и исключительно полиплоидных видов многолетних трав с различной геномной конституцией [Цвелев, 1976; Love, 1984; Dewey, 1984]. На территории бывшего СССР произрастает свыше 50 видов, большое количество подвидов и разновидностей [Черепанов, 1981] с широким диапазоном изменчивости. Многие виды представляют интерес как кормовые интродуценты [Макарова, 1974; Денисов, 1980] и как потенциальные доноры полезных признаков для улучшения хлебных культур [Lu, Bothmer 1990,1991; Dong et al., 1992].
Однако сведения о внутривидовых пределах изменчивости и общем потенциале рода во многом противоречивы. Трудно поддаются таксономической обработке многие природные образцы, не разработаны вопросы индивидуальной идентификации особей и генотипов, крайне мало сведений о наследственной природе признаков, как диагностических, так и хозяйственно-ценных. Все вышесказанное осложняет рациональное использование обширного генофонда рода Пырейник в интродукционных, селекционных и природоохранных программах.
Известно, что запасные белки эндосперма хлебных (однолетних) злаков трибы характеризуются значительным внутривидовым полиморфизмом и независимостью компонентного состава белков на элек-трофореграммах от условий произрастания [Elton, Ewart, 1962; Shewry, 1978; Созинов, 1985]. Доступность семенного материала и высокая воспроизводимость результатов электрофоретического анализа делают белки эндосперма удобными генетическими маркерами для идентификации сортов зерновых, установления их генеалогии и микроэволюционных преобразований. Однако для решения аналогичных задач у многолетних представителей трибы, как дикорастущих, так и интродуцированных, этот метод пока не получил широкого применения.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось изучение полиморфизма и специфичности запасных белков эндосперма у некоторых видов Пырейника (Elymus) в сравнении с другими многолетними представителями трибы Пшеницевые (Triticeae).
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Исходя из методик, применяемых в исследованиях зерновых культур, разработать электрофоретический метод идентификации генотипов многолетних трав трибы Triticeae, основанный на регистрации компонентов спектра запасных белков индивидуальной зерновки.
-
Провести сравнительное изучение белковых спектров у видов Elymus и других представителей трибы с разными типами опыления и геномной конституцией.
-
Исследовать полиморфизм и видовую специфичность белков эндосперма у природных, селекционных и сортовых образцов SH-re-номных видов Пырейника: П. сибирского (Elymus sibiricus), П. шерохо-ватостебельного (. trachycaulus) и П. новоанглийского (. novae-an-gliae). Два последних вида известны у селекционеров под общим тривиальным названием "пырей бескорневищный".
Научная новизна. Разработан и защищен авторским свидетельством СССР (№ 1546022 от 1990 г.) эффективный способ экстракции запасных белков из изолированного эндосперма мелких зерновок, положенный в основу электрофоретического метода идентификации генотипов многолетних злаков трибы Пшеницевые (Triticeae).
Показано, что для многолетних видов с перекрестным типом опыления характерна значительная изменчивость белковых спектров у зерновок, взятых с одного растения. У самоопыляющихся видов все зерновки с индивидуальных растений в норме имеют идентичные спектры.
Общее распределение белковых компонентов по относительной электрофоретической подвижности (ОЭП) и молекулярным массам (Wm) отражает геномную конституцию таксонов.
Впервые проведен электрофоретической анализ полиморфизма по запасным белкам проламин-глютелинового комплекса у природных и селекционных образцов нескольких видов Elymus, а также показана возможность использования для этих целей зерновок из гербарных листов после многолетних сроков хранения.
Теоретическое и практическое значение работы. Разработанная и апробированная методика идентификации генотипов у многолетних Пшеницевых и результаты, полученные на модельных объектах трибы, могут быть использованы для решения следующих задач.
-
Регистрация идентичности и уровня гетерогенности коллекционных образцов в генбанках и семенотеках.
-
Изучение диапазона изменчивости, процессов гибридизации и интрогрессии в природных и интродукционных популяциях.
-
Выявление филогенетических связей в родовых комплексах и прогнозирование скрещиваемости у биотипов с различающимися эко-лого-географическими и морфологическими характеристиками.
-
Маркирование базисных геномов, отдельных хромосом и генетических систем, контролирующих конкретные признаки.
Защищаемые положения.
-
Электрофорез запасных белков из изолированного эндосперма является наиболее доступным, экономичным и в то же время высокоразрешающим способом идентификации генотипов у многолетних трав трибы Пшеницевые (Triticeae).
-
Электрофоретические спектры запасных белков отражают геномную конституцию и преимущественный тип опыления таксонов.
-
Высокий уровень изменчивости и независимость компонентного состава белков от условий произрастания свидетельствуют о множественном аллелизме генов, контролирующих проламин-глютелиновыи комплекс зерновки у представителей рода Пырейник (Elymus).
Публикации и апробация работы. Автором опубликовано 34 работы, из них 18 — по теме диссертации. Результаты исследований были представлены на IV Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва, 1987), на V съезде ВОГиС им. Вавилова (Москва, 1987), на IV Всесоюзном совещании по хемоси-стематике и эволюционной биохимии высших растений (Москва, 1990), на 72 ежегодном совещании Тихоокеанского Отделения Американской Ассоциации по развитию науки (Логан, штат Юта, США, 1991), на VIII Международном симпозиуме по генетике пшеницы (Пекин, 1993), на 1 и 2 Международных симпозиумах по Пшеницевым (Хелсинборг, Швеция, 1991; Логан, Юта, США, 1994).
