Введение к работе
Актуальность проблемы. Дикие виды пшениц и эгилопсов несут в себе гены устойчивости ко многим биотическим (болезни и вредители) и абиотическим (низкие и высокие температуры, избыток или недостаток влаги и др) факторам, характеризуются значительным разнообразием морфологических признаков, белков и ферментов, влияющих на хлебопекарные качества зерна (Fnebe et al, 1996, Лапочкина, 1999, Valkoun, 2001, Гончаров, 2002) Поскольку на сегодняшний день собственный генетический потенциал хлебной (мягкой) пшеницы, Tnticum aestivum L, почти исчерпан, вовлечение в селекционный процесс видов-сородичей может способствовать созданию новых, высокоурожайных и наделенных ценными признаками сортов этой важнейшей сельскохозяйственной культуры В связи с чем, изучение генофонда диких видов представляется особенно актуальной задачей
Т aestivum является естественным аллогексаплоидом с геномной
формулой BBAADD Все пять видов Aegilops L секции Sitopsis Ае speltoides
Tausch, Ае longissima Schwemf and Muschl, Ав sharonensis Eig, Ae bicornis
(Forsk) Jaub and Spach и Ae searsu Feld and Kis , рассматриваются разными
исследователями в-качестве возможных доноров генома В (Feldman, 2001,
Гончаров, 2002), хотя в последнее время большинство данных указывают на
Ае speltoides, как на наиболее вероятного донора данного генома Тот факт,
что единого мнения в решении данной проблемы до сих пор не удалось
достигнуть, свидетельствует о недостатке информации о геномах этих видов У
растений, в частности у злаков от 15% до 80% генома приходится на
повторяющиеся последовательности (Lapitan, 1992, Shapiro and von Sternberg,
2005), которые могут иметь дисперсную локализацию в геноме, либо
образовывать тандемные кластеры Причины поддержания в геноме столь
значительного количества разнообразных повторяющихся
последовательностей остаются до конца невыясненными, что само по себе определяет интерес к изучению данной фракции ДНК Пул некодирующих повторяющихся последовательностей ДНК в геноме подвергается постоянным изменениям Дивергенция и становление видов часто сопровождаются образованием новых семейств видоспецифичных повторов (Flavell, 1982) В изменчивости тандемных повторов, к которым относятся как микросателлиты (simple sequence repeats - SSR) с длиной мономера не более 6 пар нуклеотидов, так и макросателлиты, длина мономера которых чаще всего колеблется в пределах от 100 до 400 пн (Zhao and Ganal, 1996, Sharma and Rama, 2005), важную роль играет варьирование числа мономеров в кластере Гетерогенность повторяющихся последовательностей лежит в основе использования их в качестве высокополиморфных генетических маркеров, как для селекционной работы, так и в эволюционных исследованиях Поиск новых
молекулярных маркеров - вот вторая, не менее важная причина, вызывающая интерес к исследованию повторяющихся последовательностей ДНК
Среди злаков, входящих в состав трибы Tnticeae Dum , микросателлитные повторы достаточно хорошо изучены и широко используются в качестве молекулярных маркеров у представителей родов, имеющих важное сельскохозяйственное значение, таких, как пшеница {Tnticum L), рожь (Secale L), ячмень (Hordeum L) Молекулярно-генетическая карта Т aestivum содержит более 1500 SSR-маркеров (Bryan et al, 1997, Pestsova et al, 2000a, Roder et al, 2004) Что касается диких видов-сородичей, - были выделены и охарактеризованы динуклеотидные микросателлитные последовательности Ае tauschn Coss, донора генома D мягкой пшеницы (Pestsova et al, 2000а) Работы по изучению микросателлитов видов Aegilops секции Sitopsis до недавнего времени не проводились Недостаточно изучен также потенциал макросателлитных повторов этих видов в качестве молекулярных маркеров
Таким образом, можно сделать вывод, что характеристика сателлитных повторов видов Aegilops секции Sitopsis и изучение возможности использования их в качестве молекулярных маркеров является актуальной проблемой генетики злаков и практического растениеводства
Цель и задачи исследования Цель настоящей работы - изучение сателлитных повторов видов Aegilops секции Sitopsis и их использование в анализе гибридных форм злаков, а так же для уточнения филогенетических взаимоотношений между видами В работе были поставлены следующие задачи
Выявление микросателлитных локусов в геномах видов Aegilops секции Sitopsis с помощью праймеров к микросателлитам Т aestivum и их характеристика
Оценка возможности использования SSR-маркеров для уточнения филогенетических взаимоотношений видов Aegilops и Tnticum
Анализ популяционного полиморфизма макросателлитных повторов Speltl и Spelt52 у видов Aegilops секции Sitopsis
Изучение эффективности использования SSR и геном-специфичных субтеломерных повторов Speltl и Spelt52 в качестве маркеров генетического материала Aegilops при отдаленной гибридизации
Научная новизна работы. Впервые проведена оценка амплификации 253 микросателлитных маркеров Т aestivum в геномах Aegilops секции Sitopsis 103 маркера локализованы на хромосомах исследованных видов
Продемонстрирована эффективность комплексного подхода при использовании геном-специфичных субтеломерных повторов Speltl и Spelt52 и SSR-маркеров Т aestivum для анализа гибридных форм мягкой пшеницы, полученных с участием Aegilops секции Sitopsis
Практическая ценность работы Установлена хромосомная локализация 103 микросателлитных маркеров Т aestivum в геномах Aegilops секции Sitopsis
Разработаны подходы к использованию геном-специфичных субтеломерных повторов Speltl и Spelt52 в качестве маркеров генетического материала Aegilops при отдаленной гибридизации
С помощью макро- и микросателлитных маркеров определены локализация и протяженность участков генетического материала Ав speitoides в двух интрогрессивных линиях 7" aestivum * Ае speitoides
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
Большинство микросателлитных локусов генома В мягкой пшеницы присутствуют в геномах видов Aegilops секции Sitopsis и расположены в гомеологических группах хромосом
Уровень популяционного полиморфизма микросателлитов зависит от способа размножения видов Aegilops
Субтеломерные макросателлитные повторы Speltl и Spelt52 характеризуются не только межвидовым, но и значительным популяционным полиморфизмом
SSR-маркеры Т aestivum и геном-специфичные макросателлитные повторы Speltl и Spelt52 эффективны при комплексном использовании для анализа гибридных форм мягкой пшеницы, полученных с участием Aegilops секции Sitopsis
Апробация работы. Результаты работы были представлены на 11ой конференции EWAC (Новосибирск, 2000), 6" исследовательской конференции Гатерслебена (Германия, 2000), Международном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов и биотехнология" (Москва-Минск, 2001), 3-й Конференции BGRS (Новосибирск, 2002), Международной конференции по полиплоидии (Лондон, Великобритания, 2003), III съезде ВОГиС (Москва, 2004) и обсуждались на отчетной сессии ИЦиГ СО РАН (2001, 2004)
Публикации. По результатам исследования опубликовано 15 работ, в том числе 7 статей в рецензируемых изданиях
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов, обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения Материал диссертации изложен на 161 странице печатного текста, включая 8 таблиц и 21 рисунок Список цитированной литературы содержит 199 работ
