Введение к работе
Актуальность проблемы. Сложный геномный состав мягкой пшеницы Tritioum aestivum (AABBDD) ДОЛГОЄ время не ПОЗВОЛЯЛ путем обычного генетического анализа определять роль отдельных хромосом в детерминации признаков. Это, в свою очередь, тормо -зило развитие частной генетики важной сельскохозяйственной культуры.
Принципиально разрешимой эта проблема стала после получения в 50-х годах Э.Р.Сирсом (США) различных серий анеушгоидов - растений с нехваткой (избытком) определенной хромосомы (плеча хромосомы) у сорта мягкой пшеницы Чайниз Спринт (Sears, 1953,1954; Sears, Sears, 1978). Использование их было необычайно эффек -тивным и многочисленными исследованиями устанавливается хромо -сомная локализация сотен генов, обуславливающих проявление различных признаков. Стали возможны и на сегодня значительно продвинуты работы по картированию отдельных генов мягкой пшеницы (Mcintosh, 1988, 1989-1991).
Создание серий анеушгоидов открыло возможность конструиро -вания у мягкой пшеницы новых генетических моделей - замещенных линий, организмов, в которых пара хромосом заменена на гомоло -гичную от другого сорта пшеницы или от близкого вида злаковых (Sears, 1953; Unrau et ai., 1956). Наряду с анеуплоидами, замещенные линии используются для изучения частной генетики мят -кой пшеницы, а также для определения эффектов взаимодействия одной хромосомы и разных хромосом в различной генотшшческой среде. Они являются более адекватными объектами исследований, так как*имеют нормальное для пшеницы число хромосом (2п=42). -
Однако процедура создания новых наборов анеушгоидов и замещенных линий крайне трудоемка, поэтому их коллекция пополняется медленно. Кроме того, большинство имеющихся линий выведено на основе анеушгоидов по сорту Чайниз Спринт, поэтому круг вовлеченных в работу сортов ограничен. Одной из наиболее полных и разнообразных является коллекция, созданная и поддерживаемая под руководством О.И.Майстренко в Институте цитологии и генетики СО РАН (Майстренко и др., 1988). Многолетняя работа с этими генетически своеобразными объектами привела к пониманию необходимости выявления и изучения конкретных межгенных и межхромосомных связей, определяющих проявление конечного признака у полиплоида.ко-торые могут обнаруживать себя при нарушении генетической структуры ядра мягкой пшеницы.-
Адекватной моделью для подобной работы может служить сие -тема генов биосинтеза одного из запасных белков зерновки - гли-
аДЖНа, расположенная В ЛОКусаХ Gli-I И Gli-2 ( Mcintosh, 1988). Использование перечисленного выше генетического матери -ала позволило достаточно полно охарактеризовать структуру и расположение ее в геноме пшеницы. Установлено, что генетический контроль компонентов глиадина определяют одновременно шесть хромосом, относящихся к первой и шестой гомеологическим груп -паи, причем существует обширный полиморфизм по этому признаку (Созинов,1985; Payne, 1987; Shepherd, 1988). Одновременно были получены свидетельства того,что конечное формирование состава запасных белков определяется взаимодействием гомеоаллельных ло-кусов хромосом,несущих изучаемые гены. Однако эта вторая сторона общей картины строения и функции этого генного комплекса дол-^ гое время не привлекала к себе достаточного внимания исследователей.
Пель и задачи исследования. Главной целью работы явилось изучение генетического контроля и особенностей экспрессии генов, определяющих биосинтез глиадина у анеуплоидов и в трех группах замещенных линий, различающихся по целям и методам создания, по составу участвовавших донорских и реципиентных сортов на различных этапах беккросса. Были поставлены следующие задачи:
-
Провести изучение генетического контроля биосинтеза отдельных компонентов глиадина у двух сортов-реципиентов Саратовская 29 (С29) и диамант (Дм) и сортов-доноров, используя цито-генетические особенности линий на различных этапах беккросса и выявить компоненты-маркеры глиадиновых локусов хромосом первой и шестой гомеологических групп.
-
Анализируя состав глиадина замещенных линий по идентифицированным маркерам на последовательных этапах беккросса,исследовать закономерности восстановления гомозиготности ген'етичес -кого фона создаваемых линий по изучаемым генам.
-
Изучить изменение экспрессии глиадинкодирующих генов при отсутствии короткого или длинного плеча хромосом I и 6 гомеологических групп, используя дителосомные линии по сортам С29, Дм и Чайниз Спринг (ЧС),провести ее сравнительную количественную оценку у трех сортов.
-
Исследовать экспрессию генов глиадина в трех группах замещенных линий на отдельных этапах беккросса и вычленить вклад различных цитогенетических факторов в формирование конечного ис-
следуемого признака - компонентного состава глиадина. Научная новизна. В настоящей работе впервые:
изучены различные подхода для идентификации генов биосинтеза отдельных компонентов глиадина сортов-реципиентов и доноров, которые предоставляют патогенетические и генетические особенности замещенных линий на различных этапах беккросса;
установлено,что при создании замещенных линий элиминация хромосом генетического фона,несущих глиадинкодирующие гены,про — исходит неравномерно: хромосома 6А сорта-донора вытесняется на более поздних этапах беккросса по сравнению с донорскими хромосомами первой гомеологической группы (IA, IB);
для трех неродственных сортов пшеницы С29, Дм и ЧС установлено влияние отсутствия короткого или длинного плеча хромосом
.первой и шестой гомеологической группы на экспрессию гомеоал-лельных генов глиадина, на основании чего высказано предположение о наличии в этой генетической системе генов-регуляторов;
описано два типа нарушения экспрессии изучаемых генов:для генов, гомеоаллельных расположенным в хромосомах, претерпеваю -щих замещение,и для генов, находящихся в хромосомах генетического фона. В первом случае основной причиной модификации является отсутствие в генотипе сорта-реципиента замещаемой хромосомы, несущей специфические гены-регуляторы; во втором случае, вероятно, имеет место межгенное взаимодействие на уров -не одного кластера;
выявлено,что наиболее часто модификации экспрессии при создании замещенных линий подвергаются гены глиадина.расположенные в хромосоме IB,что указывает на особую организацию изучаемой генетической системы в ней;
получены новые доказательства того,что конечное фенотипичес -кое проявление признака в аллополиплоидном геноме мягкой пшеницы определяется взаимодействием генетических систем отдельных геномов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на УІ Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва,1987); на ТУ Всесоюзной научной конференции"Экологическая генетика растений,животных, человека"(Кишинев,1991). Материалы работы дважды представлялись на конференциях молодых ученых Института цитологии и генетики СО РАН (1986,1987), где занимали призовые места.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
обзора литературы, материалов и методов, глав, где приведены результаты работы.их обсуждение,заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 10 рисунков. Список лиге -ратуры включает 140 наименований.