Введение к работе
Актуальность темы. Широкое распространение тритикале в мире обусловлено высоким потенциалом этой культуры, обеспечиваемым стабильной урожайностью, качеством зерна, устойчивостью к ряду болезней и возможностью широкого использования: для питания человека, на корм сельскохозяйственным животным и в качестве сырья для производства биотоплива (биоэтанола и биогаза).
Одним из факторов, сдерживающих более широкое распространение, является склонность к доуборочному прорастанию зерна в колосе. Прорастание зерна на корню является следствием нарушения периода покоя у созревающих семян, что приводит к активации физиологических процессов и началу роста зародыша. Эволюционно период покоя у дикорастущих видов возник как механизм избегания неблагоприятных факторов. Отбор человеком культурных растений на дружное и быстрое прорастание семян привел к большей чувствительности семян к факторам, провоцирующим нарушение периода покоя (Finkelstein et al., 2008). Эта проблема особенно актуальна для районов Нечерноземья, где прохладная и влажная погода во время уборки часто вызывает прорастание на корню. Предуборочное прорастание зерна наносит значительный урон, снижая урожай, ухудшая качество зерна и посевную ценность семенного материала (Mos & Wojtowicz, 2004). Прорастание зерна на корню является комплексной проблемой и детерминируется особенностями генотипа, среды, а также их сложным взаимодействием (Zanetti, 2000).
Важным решением этой проблемы может стать разработка надежных методов отбора селекционного материала, устойчивого к прорастанию зерна на корню. Это осложняется возможностью отбора селекционного материала по результатам полевой оценки только в годы с провокационными условиями. Кроме того, все известные показатели оценки устойчивости к прорастанию на корню требуют сравнительно большого объема анализируемого материала, что практически невозможно получить в ранних звеньях селекционного процесса.
Разработка и применение молекулярных маркеров являются одним из оптимальных путей увеличения эффективности отбора и оптимизации селекционного процесса. Пшеница является достаточно хорошо генетически изученным объектом, и, будучи одним из родительских компонентов тритикале, может служить основой для поиска эффективных маркеров для использования в селекции тритикале. В то же время присутствие генома ржи влияет на проявление признаков, и как следствие, может сказаться на использовании маркеров, что требует более тщательного подхода к их выбору. Среди множества маркеров на признак устойчивости к предуборочному
прорастанию зерна у пшеницы, входящих в локусы QTLs, контролирующие этот признак, особый интерес представляют маркеры, локализованные в субгеномах А и В, которые обычно присутствуют у гексаплоидной тритикале. Так, с помощью молекулярного STS-маркера (Yang et al., 2007) на ген Viviparous-1 показана высокая корреляция между аллельным состоянием данного гена и устойчивостью к прорастанию на корню.
Таким образом, применение молекулярно-генетических маркеров на тритикале открывает возможности практического повышения эффективности селекционных программ, и, кроме того, позволяет получить новые фундаментальные знания о частной генетике этой культуры.
Цели и задачи. Цель настоящего исследования заключалась в изучении возможности применения молекулярно-генетических маркеров пшеницы на устойчивость к прорастанию зерна на корню для изучения этого признака у тритикале.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
охарактеризовать образцы тритикале по показателям устойчивости к прорастанию зерна на корню;
подобрать молекулярные маркеры на устойчивость к прорастанию зерна на корню;
провести генотипирование образцов тритикале по отобранным маркерам;
выделить эффективные молекулярные маркеры для использования в селекции тритикале на устойчивость к предуборочному прорастанию зерна;
выделить перспективные образцы тритикале для селекции на устойчивость к прорастанию на корню.
Научная новизна результатов исследования
Впервые показана взаимосвязь маркера на ген Viviparous-IB и устойчивости к прорастанию зерна на корню у образцов тритикале со светло-красной окраской зерна.
Впервые установлено, что у изученных сортообразцов тритикале встречается 4 аллеля гена Vp-ІВ. С наибольшей частотой встречаются аллели Vp-lBc и Vp-lBa, которые встречаются как у озимых, так и яровых форм. Установлено аналогичное с пшеницей проявление аллелей этого гена: образцы, устойчивые к прорастанию зерна на корню, имеют аллель Vp-lBc, а неустойчивые - Vp-lBa. Среди исследованных образцов яровой тритикале выявлены формы, несущие аллели Vp-lBd и Vp-lBe.
Впервые установлен полиморфизм тритикале по локусу Xwmcl04, который проявляется в наличии 6 аллелей. Наибольшее распространение имеет аллель Xwmcl04a, который встречается у 33% сортообразцов.
Впервые для тритикале показан полиморфизм по локусу Xgwml55, проявившийся в наличии 6 и 7 аллелей у озимой и яровой тритикале соответственно. Установлена тесная связь между аллелем Xgwml55c и устойчивостью тритикале к доуборочному прорастанию.
Практическая ценность
На основе анализа 167 сортообразца озимой и яровой тритикале различного географического происхождения показана возможность использования молекулярных маркеров Vp-1B3, Xgwml55, Xwmcl04 для повышения эффективности селекции тритикале на устойчивость к прорастанию на корню.
Сортообразцы озимой тритикале Е775, №222, Ставропольский 2, устойчивые к прорастанию зерна на корню и несущие аллели Vp-lBc и Xwmcl04b могут быть использованы в качестве исходного материала в селекционных программах на устойчивость к прорастанию на корню с использованием молекулярно-генетических маркеров.
Показана возможность применения молекулярных маркера Xgwm 539, локализованного в хромосоме 2D, Sec2, локализованного в хромосоме 2R, для отбора форм несущих 2К/20-замещение и его использования при отборе устойчивых к прорастанию зерна на корню форм тритикале.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Молекулярно-генетический маркер на ген Viviparous-IB для контроля устойчивости к прорастанию зерна на корню у тритикале;
Полиморфизм и распределение аллелей гена Viviparous-IB у яровой и озимой тритикале;
Полиморфизм, частоты аллелей по локусу Xwmcl04 и Xgwml55 у тритикале и их связь с устойчивостью к прорастанию зерна на корню;
Обоснование и достоверность научных положений
Исследования выполнены на большом экспериментальном материале, по общепринятым методикам, рекомендованным научными учреждениями страны. Все выводы и предложения подтверждены экспериментальными исследованиями, статистической обработкой полученных данных.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований доложены на Международной научной школе-конференции молодых учёных «Генетика и селекция растений, основанная на современных генетических знаниях и технологиях» (Звенигород, 2008); IX Молодёжной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (Москва, 2009); Международной научно-практической конференции молодых учёных «Молодёжь и инновации - 2009» (Горки,
Республика Беларусь, 2009); V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2009).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 в журнале, рекомендованном ВАК, и 1 патент на селекционное достижение.
Объем и структура диссертации
Материалы диссертации изложены на 118 страницах машинописного текста и включают 18 рисунков, 21 таблица. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов исследований и их обсуждения, выводов и списка литературы. Список цитируемой литературы включает 254 наименований, из них 218 иностранных.
