Введение к работе
Актуальность проблемы. Отдаленная гибридизация является фактором, играющим важную роль в видообразовании покрытосеменных растений (Вавилов, 1960; Soltis et al., 2000; Kellog, 2003). Экспериментальное получение отдаленных гибридов позволяет моделировать процессы видообразования (Riesenberg et al., 1997; 2003; Feldman et al., 1997), оценивать степень филогенетического родства между отдельными видами (Burow et al., 2001), выявлять особенности ядерно-цитоплазматических взаимодействий (Маап, 1991; 1992а; Asakura et al., 2000), проводить хромосомную локализацию и картирование генов (Hsam et al., 2000).
Кроме того, отдаленная гибридизация лежит в основе комплекса методов хромосомной инженерии, направленных на увеличение генетического разнообразия культурных растений, включая мягкую пшеницу Т. aestivum L. (Sears, 1972; Цицин, 1979; Friebe et al., 1996). С целью интрогрессии в геном мягкой пшеницы новых генов, контролирующих хозяйственно-ценные признаки, ее скрещивают как с видами рода Triticwn L. (Friebe et al., 1996; Лайкова и др., 2004а; Ь), так и с видами других родов трибы Triticeae (Иванов, 2006), включая род Hordeum L. (Fedak, 1992; Islam, 2002). Так, на основе ячменно-пшеничных амфиплоидов, полученных с участием дикорастущего ячменя Н. chilense Roem. et Schultz., создана новая зерновая культура Tritordeum Ascherson et Graebner (Alvarez et al., 1992). Скрещивания мягкой пшеницы с культурным ячменем Я. vulgare L. привели к получению пшенично-ячменных дополненных (Islam, Shepherd, 1990), замещенных (Islam et a!., 1992b), алло-плазматических рекомбинантных линий (Першина и др., 1995; 1999), используемых в генетических исследованиях. Среди других видов Hordeum интерес представляют подвиды дикорастущего ячменя Я. marinum Hudson, характеризующиеся устойчивостью к абиотическим стрессам (Кобылянский, 1967; Bothmer et al., 1991) и способностью давать при скрещивании с пшеницей гибриды, восстанавливающие фертильность при колхицинировании и бек-кроссировании (Pershina et al., 1988; 1998; Islam, 2002; Пендинен и др., 2003).
Установлено, что отдаленные скрещивания приводят к реорганизации родительских ядерных геномов (Liu et al., 1998; Ozkan et al., 2001; Shaked et al., 2001) и нарушениям ядерно-цитоплазматических взаимодействий (Asakura et al., 2000), оказывая влияние на жизнеспособность и фертильность растений. Признано, что широко проводимые исследования процессов реорганизации ядерных геномов при формообразовании на основе отдаленной гибридизации растений, в том числе злаков, не затрагивают проблем изменчивости цито-плазматических геномов и ядерно-цитоплазматических взаимодействий (Chen, Ni, 2006).
В связи с этим представляется актуальным проведение параллельного изучения особенностей ядерных и цитоплазматических геномов у растений гибридного происхождения. В этом отношении удобными моделями для исследований являются аллоплазматические линии, представляющие собой сочета-
ниє чужеродных по отношению друг к другу ядерных и цитоплазматических геномов различных видов (Палилова, 1986, Tsunewaki et al., 1996).
Цель и задачи исследования Цель работы — изучение с использованием комплекса молекулярно-генетических методов особенностей ядерных и мито-хондриальных геномов аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий, полученных на основе ячменно-пшеничных гибридов Hordeum marinum subsp. gussoneanum (Pari.) Thell. (2n = 28) (=H. geniculatum All.) x Triticum aes-tivum L. (2n = 42).
Задачи работы
Охарактеризовать с применением RAPD-анализа ядерные геномы аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий (Н. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum разного происхождения.
Провести геномную in situ гибридизацию (GISH) для выявления хромосом дикорастущего ячменя и их фрагментов в геноме аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий (Н. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum.
Определить хромосомный состав аллоплазматических замещенных и анеуплоидных линий с использованием микросателлитных (SSR) маркеров мягкой пшеницы.
Провести сравнительный анализ ряда последовательностей митохонд-риалыюй ДНК (мтДНК) с использованием методов ПЦР- и RFLP-анализа у аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий (Я. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum с разным проявлением фертильносте.
Научная новизна работы
Впервые на основе выполненного молекулярно-генетического анализа получены данные об особенностях реорганизации ядерных и митохондриальных геномов в процессе формирования аллоплазматических эуплоидных и анеуплоидных линий мягкой пшеницы с использованием ячменно-пшеничных гибридов Н. marinum subsp. gussoneanum (2n = 28) x Т. aestivum (2n = 42). Показано, что формирование аллоплазматических линий (Н. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum сопровождается встраиванием в геном мягкой пшеницы фрагментов генома дикорастущего ячменя. Впервые показано, что хромосомы ячменя Н. marinum subsp. gussoneanum обладают способностью компенсировать отсутствие хромосом мягкой пшеницы в геноме аллоплазматических замещенных линий. Формирование таких линий происходит преимущественно с замещением хромосом мягкой пшеницы 7D на гомеологичные хромосомы дикорастущего ячменя, а образование аллоплазматических дополненных линий связано с участием телоцентрических хромосом ячменя. Получены новые данные о взаимосвязи между присутствием последовательностей мтДНК определенного родительского типа, наличием хромосом ячменя в ядерном геноме аллоплазматических линий и проявлением фертильності растений. Наличие у аллоплазматических линий (Н. marinum subsp. gussoneanum)-T. aestivum последовательностей мтДНК определенного роди-
тельского типа является маркером степени ядерно-цитоплазматической совместимости, проявляющейся в виде разного уровня фертильносте растений. Положепнп, выносимые на защиту.
Формирование самофертильных аллоплазматических эушюидных и анеуплоидных линий, полученных с использованием ячменно-пшеничных гибридов Н. marinum subsp. gussoneanum (2n = 28) х Т. aes-tivum (2n = 42) сопровождается встраиванием хромосом дикорастущего ячменя в геном мягкой пшеницы.
Основной вариант образования аллоплазматических замещенных линий у самоопыленных потомков беккроссных поколений ячменно-пшеничных гибридов Н. marinum subsp. gussoneanum (2n = 28) x Т. aes-tivum (2n = 42) связан с замещением хромосом мягкой пшеницы 7D на гомеологичные хромосомы дикорастущего ячменя.
У аллоплазматических линий (Н. marinum subsp. gussoneanum)-T. aesti-vum присутствие определенного типа последовательностей мтДНК ассоциировано с проявлением фертильности растений и наличием хромосом ячменя в ядерном геноме.
Научно-ппактнческая значимость работы
В результате проведенного исследования получены новые данные, демонстрирующие возможность получения самофертильных замещенных и дополненных линий мягкой пшеницы с использованием ячменно-пшеничных гибридов Н. marinum subsp. gussoneanum (2n = 28) x Т. aestivum (2n = 42). Выявленные аллоплазматические замещенные линии мягкой пшеницы могут быть использованы в исследованиях по изучению влияния хромосомы дикорастущего ячменя lV!mr на проявление признаков и хромосомную локализацию генов. Обнаруженный высокий уровень полиморфизма между RAPD-спектрами дикорастущего ячменя и мягкой пшеницы позволяет рекомендовать RAPD-анализ для изучения геномов потомков ячменно-пшеничных гибридов. Показано, что последовательности, выделенные из мтДНК мягкой пшеницы, могут эффективно использоваться для дифференциации міггохондриальньїх геномов пшеницы и дикорастущего ячменя у гибридных растений.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения результатов, обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Материал диссертации изложен на 154 страницах печатного текста, включая 14 таблиц и 12 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 408 работ.
