Содержание к диссертации
Введение 6
Глава 1. Таксономическая, онтогенетическая и генетическая
характеристика видов рода Elymus в связи с проблемой
вида и внутривидовой дифференциации (обзор литературы) 15
Общая характеристика рода Elymus 15
Геномные взаимоотношения в роде Elymus 19
StH-геномные виды Elymus и их родство cElytrigia repens 24
Молекулярные маркеры и их использование в изучении генетической
изменчивости рода Elymus , 27
Белки и методы их анализа 27
Методы анализа ДНК 38
Сравнение методов анализа белков и нуклеиновых кислот , 42
1.5. Проблема вида и видообразования у растений и некоторые пути
ее постижения , , 44
Вавиловская концепция вида в понимании современников 47
Основные стандарты видай принципы их формирования 53
Основные цели и методы биосистематики 58
Историческое развитие представлений о генпулах 65
Глава 2. Материалы и методы 72
Растительный материал 72
Экстракция белков зерновки, гистона HI и ферментов листа 77
Выделение изолированного эндосперма и экстракция запасных белков 77
Экстракция гистона HI , 79
Экстракция ферментов листа 79
2.3. Электрофорез запасных белков эндосперма и гистона HI 79
Электрофорез проламинов в алюминий-лактатной гелево-буферной системе 79
Электрофорез белков проламин-глютелинового комплекса и гистона Ш
SDS-гелево-буферной системе Леммли , 82
Электрофорез гистона НІ в уксуснокислой (АсОН) системе 84
Двумерный электрофорез гистона HI 84
Электрофорез изоферментов в крахмальном геле 85
Статистический анализ , 86
Половая гибридизация выборочных биотипов 87
Глава 3. Экстрактивные и электрофоретические свойства и общая характеристика специфичности запасных белков
эндосперма у многолетних представителей трибы ТгШсеае 90
3.1. Подбор оптимальных режимов для выявления экстракгивных и
электрофоретических свойств белков зерновки у многолетних видов ТгШсеае в целях идентификации индивидуальных растений и их потомств . 90 Подбор оптимального экстрагирующего агента для проламиновой фракции
белков эндосперма многолетних видов ТгШсеае 91
Влияние гомогенизированных тканей оболочки зерновки на качество
электрофореграмм в SDS гелево-буферной системе на примере видов Elymus 91
V.
Влияние режимов экстрагирования белков эндосперма и предобработки
экстрактов на компонентный состав электрофоретических спектров в SDS
гелево-буферной системе 92
3.2. Электрофоретичсские свойства белков эндосперма у видов Triticeae
с различной геномной конституцией и в связи с формами опыления 95
Специфичность проламиновых спектров у многолетних видов Triticeae,
выявляемаяв алюминий-лактатной гелево-буферной системе 96
Специфичность белков эндосперма у видов Elymus с разной геномной
конституцией, выявляемая SDS-электрофорезом . 101
3.3. Электрофоретичсские свойства, изменчивость и специфичность белков
эндосперма и гистона HI у Elytrigia repens в сравнении с StII-гсномными
видами Elymus , 107
Общая характеристика Elytrigia repens 107
Растительный материал Elytrigia repens и выборочных образцов StH-геномных
видов Elymus 109
SDS-электрофорез запасных белков эндосперма Elytrigia repens и выборочных
образцов StH-геномных видов Elymus 110
Изменчивость гистона HI, выявляемая методами одномерного и двумерного
электрофореза , 115
Глава 4, Моделирование рекомбинационных и интрогрессивных
генпулов (РГП и ИГП) как важнейшая составная часть
биосистематических исследований рода Elymus 122
Общее введение в проблему 122
Построение процедур по моделированию РГП и ИГП 126
Глава 5. Комплекс Elymus trachycaulus s. 1. (Е. trachycaulus s.str.,
E. novae-angliae, E. kamzchadalorum) и морфологически
близкие виды Е. charkeviczii, Е. subfibrosus и Е. mutabilis 134
Общая характеристика евразиатских таксонов комплекса Е. trachycaulus s. 1. 134
Растительный материал комплекса Е. trachycaulus s. 1., Е. charkeviczli,
Е. subfibrosus и некоторых морфологически отклоняющихся форм 142
5.3. Электрофоретический анализ п рол аминов Е, trachycaulus и Е. novae-angliae
в алюминий-лактатной системе 144
5.4. Электрофоретический анализ белков эндосперма Е. trachycaulus s. 1.,
Е. charkeviczii, Е. subfibrosus и морфологически близких форм в
SDS гелево-буферной системе 151
Электрофоретичсские свойства и изменчивость белков проламин-
глютелинового комплекса белков эндосперма Е. trachycaulus s. 1 152
Нумерический анализ полипептидных спектров 160
5.5. Характер репродуктивных отношений внутри комплекса Е. trachycaulus s. 1.,
группы морфологически близких таксонов п-ва Камчатка (Е. charkeviczii,
Е. subfibrosus, Е. mutabilis) и между биотипами разных StH-геномных видов
163
Репродуктивные свойства половых гибридов внутри комплекса
Elymus trachycaulus s. 1 165
Репродуктивные свойства гибридов в группе таксонов п-ва Камчатка
(Е. charkeviczii, Е. subfibrosus^ Е. mutabilis) и между выборочными биотипами
из разных таксономических групп StH-геномных видов 171
\
5.6. Наследование некоторых морфологических признаков, используемых в
диагностике комплекса Е. trachycaulus s. I. и близких таксонов
п-ва Камчатка (Е. charkeviczii, Е. subfibrosus, Е. mutabilis) 174
Генетический анализ диагностически различительного признака для видов
Е. trachycaulus s. str. и Е. novae-angliae 174
Генетический анализ диагностически различительных признаков для
Камчатских популяций Elymus charkeviczii, Е. subfibrosus и Е. mutabilis 176
Глава 6. Внутривидовая структура Elymus caninus и характер
репродуктивных отношений вида с выборочными
биотипами Е. mutabilis и Е. fibrosus 181
Общая характеристика вида . ....181
Растительный материал типичных и морфологически отклоняющихся
природных форм Elymus caninus 186
6.3. Морфологическое описание и анализ изменчивости но диагностическим
признакам ТФ и МОФ Е. caninus 187
6.4. Электрофоретический анализ белков эндосперма ТФ и МОФ Е. caninus
в SDS гелсво-буферной системе 193
6.5. Электрофорез пістона НІ типичных и морфологически отклоняющихся
форм Е. caninus в АсОН и SDS гелево-буферных системах 202
6.6. Репродуктивные свойства половых гибридов ТФ и МОФ Е. caninus 206
Оценка наследования и генетический анализ некоторых морфологических
празнаков у типичных и отклоняющихся форм Е. caninus 211
Генетический анализ диагностических признаков опушенности нижних
цветковых чешуи (ПЦЧ) и длины остей НЦЧ у Е. caninus 214
6.7. Оценка видовой специфичности белков эндосперма и характер
репродуктивных отношений между Е. caninus и Е. mutabilis и
меяаду Е. caninus и Е. fibrosus 217
Репродуктивные свойства гибридов между выборочными биотипами
Е. caninus и Е. mutabilis 217
Элсктрофоретическая специфичность Е. fibrosus и репродуктивные свойства
гибридов между выборочными биотипами Е. caninus и Е. fibrosus 220
Глава 7. Комплекс Elymus macrourus — Е. jacutensis и проблематичный
таксоні?, ircutensis 225
Общая характеристика вида таксонов и цель исследования 225
Растительный материал Е. macrourus, Е. jacutensis и морфологически
близкого вида Е. ircutensis 232
7.3. Сравнительный анализ качественной морфологической изменчивости
образцов Е. macrourus, Е. jacutensis и Е. ircutensis 233
7.4. Электрофоретический анализ образцов Elymus macrourus, Е. jacutensis и
Е. ircutensis в SDS гелево-буферной системе 236
7.5. Репродуктивные свойства половых гибридов комплекса Е. macrourus —
Е. jacutensis и морфологически близкого таксона Е. ircutensis 240
7.6. Генетический анализ диагностически различительного признака длины
остей НЦЧ для видов Е. macrourus и Е. jacutensis и признака опушенности
нижних листовых влагалищ 245
Глава 8. Изменчивость и репродуктивные отношения между Elymus
mutabilis, E. viridiglumis, E. transbaicalensis и некоторыми
морфологически отклоняющимися природными формами 248
Общая характеристика видов 248
Растительный материале, muiabilis, Е. viridiglumis,Е. transbaicalensis и
морфологически отклоняющихся природных форм 255
8.3. Сравнительный анализ морфологической изменчивости Е. mutabilis
и Е. transbaicalensis в культуре 258
8.4. Элсктрофоретический анализ образцов Е. mutabilis, Е. transbaicalensis и
морфологически близких форм в SDS гелево-буферпой системе 264
8.5. Репродуктивные свойства внутривидовых и межвидовых половых
гибридов Е. mutabilis и Е. transbaicalensis 273
8.6. Генетическим анализ некоторых морфологических признаков, важных для
диагностики видов 277
Глава 9. Elymus komarovii в сравнении с морфологически близкими
таксонами Е. transbaicalensis и Е. alaskanus s. 1 281
9.1. Общая характеристика Е. komarovii в сравнении с близкородственными
таксонами и цель исследования 281
9.2. Растительный материал Е. komarovii, Е. alaskanus s. 1. и некоторых
морфологически отклоняющихся форм 289
9.3.Сравнительный анализ морфологической изменчивости Е. komarovii и
Е. alaskanus s. 1 290
Морфологическая изменчивость Е. komarovii с учетом некоторых
морфологически отклоняющихся форм 290
Морфологическая характеристика изученных биотипов Е. alaskanus s. 1.,
включающих Е. kronokensis, Е. sajanensis и Е. hyperarcticus 293
9.4. Сравнительный анализ белков эндосперма ТФ и МОФ Е. komarovii,
Е. transbaicalensis и Е. alaskanus s. 1. в SDS гелево-буферной системе 297
9.5. Элсктрофоретическая изменчивость по 6 ферментным системам у растений
некоторых образцов Е. komarovii, Е. transbaicalensis и Е. alaskanus s. 1 300
9.6. Репродуктивные свойства внутривидовых и межвидовых половых гибридов..303
Репродуктивные свойства внутривидовых гибридов Е, komarovii и
Е. alaskanus s. 1 304
Репродуктивные свойства гибридов между выборочными биотипами
Е. komarovii, Е. transbaicalensis а Е. alaskanus s. 1 306
9.7. Оценка характера наследования и генетический анализ некоторых
морфологических признаков, важных в диагностическом отношении 308
Заключение 313
Литература 324
Введение к работе
Сменяются поколения организмов животного и растительного мира, сменяются поколения исследователей, но изучение вида и видообразования и в третьем тысячелетии останется одной из фундаментальных проблем биологии. В рамках краткого литературного обзора, предваряющего изложение результатов исследований автора, нет возможности подробно осветить историю становления и развития науки о виде в прошлых веках, включая XX. Остается только пожелать, чтобы в будущем были созданы и увидели свет русскоязычные научные труды, соизмеримые по глубине проработки фундаментальной проблемы вида и видообразования, а также методологии ее разработки, с лучшими монографиями ушедшего века (Комаров, 1940; Розанова, 1946; Синская, 1948; Завадский, 1961; 1968; Шмальгаузен, 1968) и с сериями работ А. Тахтаджяна (1955; 1970; 1972; 1991), Н.Тимофеева-Ресовского и соавт. (1958; 1969; 1973). Безусловно, этот перечень должен быть продолжен. Ко многим публикациям мы еще неоднократно обратимся при анализе отдельных положений с позиций наших исследований рода Elymus.
Несмотря на многовековую историю категории вида, заочную дискуссию о различных взглядах на вид как ТАКСОН, или на вид как СИСТЕМУ, имеет смысл вести с авторами, начиная с периода Н.И. Вавилова и его фундаментального труда "Линнеевский вид как система" (Vavilov, 1931; Вавилов, 1931), т.е. с 30-х годов прошлого столетия. Весь предыдущий период, период так называемого "накопления фактического материала", в большей степени представляет интерес с позиций философии. Тем не менее, среди самых ярких достижений того времени, оказавших неоценимое влияние на все последующие разработки по проблемам растительного мира, безусловно следует назвать создание современной системы классификации растений Карла Линнея (Linnaeus, 1753), а также открытие (Mendel, 1866; 1869;) и переоткрытие (Correns, 1900; Tschermak, 1990; Vries, 1990) законов Менделя. Именно с именем Линнея связывают утверждение в научном обиходе бинарной номенклатуры видов, несмотря на то, что приоритет ее создания и введения принадлежит английскому биологу Джону Рею (Завадский, 1968).
Переоткрытие же законов Менделя в 1900 г. имело своим результатом создание новых методов селекции растений и резкое повышение продуктивности сельского хозяйства (Ruckenbauer, 1999). В основе такого рывка было более глубокое понимание роли наследственности на принципиально новом теоретическом уровне и использование законов
зарождающейся генетики в практических целях.
Безусловно, именно зарождение генетики и бурное развитие смежных наук привело Н.И. Вавилова к пониманию необходимости рассматривать вид как сложную, динамичную, развивающуюся систему. И этот тезис неоднократно приводится при ретроспективном анализе становления синтетической концепции вида и систематики растений как науки (Завадский, 1968; Концепции вида..,, 1983; Агаев, 1987). Однако необходимо отметить, что за весь прошедший период несравненно большее внимание уделялось процессам микро- и макроэволюции, а также иерархической организации таксонов у животных организмов и перекрестноопыляющихся видов растений, к которым вполне приложимы модели панмиксии и большинства пре- и пост-зиготических механизмов репродуктивной изоляции (Завадский, 1968; Майр, 1974; Алтухов, 1989; Stace, 1980; Arnold, 1997). Значительная часть теоретической аргументации по проблеме видообразования может быть охарактеризована как "весьма дискуссионная" в отношении таксонов с преимущественным самоопылением или апомиктичным способом размножения.
Среди всех обстоятельств, затрудняющих понимание и моделирование видообразовательных процессов, особенно у растений, следует назвать два наиболее существенных:
Неповторимость природных условий и многообразие элементарных актов микроэволюции, приводящих к появлению уникальных особей и локальных популяций, способных к динамическому развитию и воспроизводству, В самом деле, по сложности и числу уровней организации ЖИВЫЕ системы на много порядков превосходят любые системы НЕЖИВЫЕ, и это значительно уменьшает одну из важнейших составляющих научного познания — ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ результатов изучения ботанических объектов. В публикациях последних лет проблема неадекватности полученных данных и их трактовок наиболее остро была поднята в работе М.Г. Агаева (1992). В рамках представленной работы нам не раз предстоит вернуться к проблемной связке "сложность объектов ботанических исследований - снижение объективности результатов".
Множество теоретических и экспериментальных работ, запутывающих исследователя изобилием общеботанических и узкоспециальных категорий, а также совершенно противоречивыми трактовками одних и тех или аналогичных явлений применительно к разным таксономическим группам, или наоборот, попытками экстраполировать подмеченные частные явления
на широкий круг растительных объектов.
Бурное развитие технологий и общий прогресс науки в 19 и 20 веках укрепили веру ботаников в возможность создания в обозримом будущем единой общепризнанной системы таксонов растительного мира. К сожалению, чем дальше, тем чаще высказывается мысль, что вид — понятие искусственное, больше полезное с практических позиций, чем объективно отражающее реальное явление (Завадский, 1968; Грант, 1984;. Cronquist, 1978; Barkworth, 1994). С еще большим сожалением можно отметить, что на основании практических результатов многолетних исследований рода Elymus автор представленной работы также склоняется к этому выводу, несмотря на глубочайшее уважение к исследователям, продолжающим теоретические разработки синтетической концепции вида и полное пониманее объективной необходимости углубления этих разработок.
Актуальность проблемы
Оставаясь малоизученными близкими сородичами основных хлебных культур, многолетние злаки трибы Triticeae Dum. привлекают в последние годы внимание исследователей, как неисчерпаемый резерв для улучшения и обогащения культурных злаков многими ценными качествами, в первую очередь генетически детерминированными признаками устойчивости к неблагоприятным условиям среды и многим грибковым, бактериальным и вирусным заболеваниям. В то же время природное биоразнообразие многолетних злаков трибы и их роль в растительных сообществах несопоставимы по значимости с весьма ограниченными сведениями об их видовом составе, геномной организации, филогении, репродуктивных отношениях и об общем генетическом потенциале.
Род Elymus L. (пырейник, или волоснец)— самый крупный род трибы Triticeae семейства Poaceae Barnh., объединяющий относительно короткоживущие, самоопыляющиеся и исключительно полиплоидные виды многолетних трав. Апомиксис, как форма размножения отмечен лишь у некоторых австралийских видов. По современным оценкам род Elymus насчитывает от 150 (Love, 1984; Dewey, 1984) до 200 (Цвелев, 1991; Barkworst, 2002) таксонов видового ранга, что в несколько раз больше, чем во втором по величине роде трибы Hordeum L. Виды рода Elymus широко распространены в мире — Европе, Азии, Северной и Южной Америке, Северной Африке, Австралии и Новой Зеландии, встречаясь в зонах от Арктики и умеренного пояса до субтропиков, но основным центром разнообразия является
Центральная Азия, где произрастает не менее половины всех известных видов этого рода (Lu, 1994; Salomon et al., 1997). Представителей рода можно встретить на лугах, в полупустынях, на горных склонах и в долинах, среди кустарников, на лесных полянах на высотах от уровня моря до 5000 м выше.
Многие виды Elymus представляют интерес как кормовые интродуценты (Макарова, 1965; Денисов, 1980; Дикорастущие кормовые..., 1982; Walton, Aung, 1989; Asay, 1992) и как потенциальные доноры полезных признаков для улучшения хлебных культур, поскольку триба Triticeae содержит три самые важные зерновые культуры — пшеницу, рожь и ячмень (Цицин, 1954; 1981; Цицин, Петрова, 1963; 1976; Dewey, 1984; Sharma, Baenziger, 1986; Lu, Bothmer 1990; Dong et al., 1992).
Хромосомная основа (геном) рода Elymus L. представлена пятью гапломами "S", "Н", "Y", "Р", "W" в различных комбинациях. К настоящему времени идентифицировано 7 стабильных гапломных комбинаций: SSHH и SSYY — для тетраплоидов (2n=4x=28), SSHHYY, SSYYWW, SSYYPP, SSSSHH и SSSSYY — для гексаплоидов (2п=6х=42). Последние данные о геномной конституции вида Elytrigia repens (StS|S2S2HH) свидетельствуют о наличии Н-генома, полученного от предковых форм Hordeum, и, следовательно, о близком родстве Elytrigia repens с SH-геномными видами рода Elymus L. (Assadi, 1994). Согласно геномной системе классификации виды Elytrigia по Н. Н. Цвелеву (1987), имеющие S и SP геномы, предлагается относить к роду Pseiidoroegneria, а виды с SSH геномом (в том числе Elytrigia repens) — к роду Elymus (Assadi, Runemark, 1995). Это согласуется с более ранней точкой зрения о необходимости включения Е. repens в род Elymus в составе секции Elytrigia (Melderis 1978), тем не менее, в отечественной литературе вид традиционно относят к роду Elytrigia.
Согласно номенклатуре геномных символов, разработанной для трибы Triticeae (Wang et al., 1994), гаплом "S" получил обозначение "St", однако до настоящего времени в литературе используются оба символа.
По новейшей сводке сосудистых растений (Черепанов, 1995) на территории России вместе с сопредельными государствами произрастает 72 вида рода Elymus. В России наибольшее число видов Elymus (34) распространено в Сибири и на Дальнем Востоке (Цвелев, 1976; Пробатова, 1985; Пешкова, 1990), из них не менее 20 относятся к StH-геномной группе. За период времени с предыдущей сводки (Черепанов, 1981) было описано 13 видов Elymus. Кроме того, предлагаются к признанию, как 5 новых видов, образцы из экспедиционных сборов последнего десятилетия (Котухов, 1999).
Можно предположить, что часть из них представляют собой единичные гсрбарные образцы, морфологически отклоняющиеся от типовых экземпляров в силу естественной комбинативной, мутационной и модификационной изменчивости или гибридного происхождения. Естественная морфологическая изменчивость и фенотипическая пластичность под влиянием условий среды, а также весьма распространенная спонтанная межвидовая и межродовая гибридизация существенно затрудняют объективную систематизацию таксонов внутри рода, и эта проблема до настоящего времени остается наиболее дискуссионной (Salomon, Lu, 1992; Jensen, Chen, 1992; Barkworth, 1994). Данные о внутривидовых пределах изменчивости и общем потенциале рода во многом противоречивы. Сведения о способности особей одного и того же или разных таксонов к формообразованию через половую гибридизацию, а также о преимущественных и факультативных формах размножения в гетерогенных популяциях практически отсутствуют.
Трудно поддаются идентификации многие природные образцы, крайне мало сведений о наследственной природе признаков, как диагностических, так и хозяйственно-ценных. К настоящему времени классификация рода все еще не является полной. Почти для 40 % азиатских видов не установлена геномная формула, причем для некоторых из них даже не определены хромосомные числа. Все вышесказанное осложняет решение задач по сохранению и рациональному использованию обширного генофонда рода Efymus.
Анализ изоферментных систем у многих видов Efymus показал их относительно низкую изменчивость, не позволяющую различать отдельные генотипы, а также определенную зависимость изозимного спектра от условий внешней и внутренней среды (Ласка, Ласка, 1977; Агафонова, Агафонов, 1987; Jaaska,1992; Diaz at al, 1998; 1999).
Известно, что запасные белки эндосперма однолетних хлебных злаков трибы характеризуются значительным внутривидовым полиморфизмом и независимостью компонентного состава белков на электрофореграммах от условий произрастания (Elton, Ewart, 1962; Shewry, 1978; Конарев, 1983; 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.
В самые последние годы большое внимание уделяется исследованиям дикорастущих растений с привлечением методов молекулярного маркирования, где акцент в первую очередь делается на биополимеры — ДНК и РНК (Антонов, 1999; 2000; Schneider et al, 2000). Однако анализ литературных данных показывает, что эти методы довольно дорогостоящи и эффективны только при углубленных исследованиях узкого круга модельных объектов или при постановке определенных филогенетических задач на макроэволюциошюм уровне. Кроме того, при использовании этих методов чаще всего требуется живой материал, а это означает, что обширные коллекции гербарного и семенного материала, потерявшего всхожесть, в настоящее время остаются невостребованными для молекулярных исследований. Сравнение результатов исследований на видах Elymus с помощью молекулярных маркеров (Sun et al., 1998; Diaz et al., 1999) и методом электрофореза белков эндосперма, используемого в нашем исследовании, показал, что данный метод не только не уступает по эффективности изучения структуры видов и микроэволюционных процессов, но позволяет исследовать образцы семян после длительных сроков хранения.
Исходя из прикладных проблем селекции пшениц и их ближайших диких сородичей, Харлан и де Вит (Harlan and de Wet, 1971) предложили концепцию первичных (GP-1), вторичных (GP-2) и третичных (GP-3) генпулов (gene pool). Эта система формально не является таксономической, так как отражает потенциальную способность генотипов дикорастущих видов из разных систематических групп к перекомбинации генетического материала, проводимой в целях обогащения генофонда зерновых культур новыми наследственными качествами. Аналогичная система генпулов, предложенная Ботмером и соавторами для ячменей (Bothmer et al., 1992), включает в себя в общем виде некоторые таксоны многолетних трав.
Поскольку процессы репродукции являются одним из основных факторов стабильности таксона во времени и лежат в основе любой концепции вида, представляется целесообразным конкретизировать и развить представления о генпулах внутри рода Elymus на основе объединения методологий двух направлений в ботанических исследованиях — классической систематики и генетики популяций. Конечной целью исследований должно стать создание частной биосистематики рода, сочетающей классические принципы классификации бипарентальных растений (в том числе факультативных самоопылителей) и современные разработки генетики и селекции (в части, касающейся вопросов динамики популяций и видообразования).
Цель и задачи исследований
Целью исследований являлось биосистематическое изучение Евроазиатских StH-геномных видов рода Elymus L. и создание модели ген пуло в, отражающей отношения скрещиваемости между конкретными биотипами этой группы видов. Для достижения цели было необходимо поставить и решить следующие задачи:
Пополнение живой коллекции видов и биотипов рода Elymus, установление их таксономии и современной номенклатуры;
Электрофоретическая идентификация природных образцов, анализ изменчивости и специфичности полипептидных спектров запасных белков эндосперма видов Elymus и Elyirigia repens;
Выращивание и размножение отдельных типичных и морфологически отклоняющихся биотипов в условиях культуры;
Анализ диапазона генотипическои и модификационной изменчивости применительно к диагностическим и маркерным морфологическим признакам;
Проведение гибридизации особей, принадлежащих к одному или разным близкородственным видам и различающихся по морфологическим или эколого-географическим характеристикам;
Изучение фертильности гибридов в поколениях F[—F4 при свободном опылении и в режиме самоопыления, отбор форм, сочетающих признаки разных видов в результате интрогрессии;
Проведение генетического анализа некоторых морфологических признаков, важных для таксономии рода;
Моделирование системы рекомбинационных и интрогрессивных генпулов внутри рода Elymus, разработка предложений и рекомендаций, касающихся ревизии видового состава Северной Евразии.
Защищаемые положения
Разработанный принцип рекомбинационных (РГП) и интрогрессивных (ИГП) генпулов в исследовании StH-геномных видов Elymus объединяет основные критерии межвидовой и внутривидовой дифференциации (репродуктивную, морфологическую, эколого-географическую и генетическую).
аі-уровень половой совместимости потенциальных родительских биотипов позволяет проводить корректный генетический анализ различительных признаков, в том числе диагностических и необходимых
для целей биосистематики. 3. Электрофорез запасных белков из изолированного эндосперма индивидуальных зерновок является доступным, малозатратным и в то же время эффективным способом идентификации генотипов для решения частных вопросов о структуре, динамике и взаимоотношениях видов рода Elymus.
Научная новизна работы
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 ТгШсеае.
Впервые проведен электрофоретической анализ полиморфизма и специфичности полипептидных спектров белков эндосперма у природных и селекционных образцов многих видов Elymus, а также показана возможность использования для этих целей зерновок из гербарных листов после многолетних сроков хранения.
Сформулирован принцип исследования и построена модель рекомбинационных (РГП) и интрогрессивных (ИГП) генпулов, отражающая взаимоотношения скрещиваемости в группе евроазиатских StH-геномных видов Elymus.
Впервые проведен генетический анализ некоторых морфологических признаков, важных в диагностическом отношении; положено начало для создания каталога по числу генов (хромосомных локусов), контролирующих альтернативные морфологические признаки у видов Elymus.
Теоретическое и практическое значение работы
1. Разработанный и апробированный метод электрофоретической
идентификации генотипов у многолетних злаков трибы ТгШсеае и результаты,
полученные на модельных объектах рода Elymus, могут быть использованы
для решения следующих задач: а) регистрация идентичности и уровня
гетерогенности коллекционных образцов в генбанках и семенотеках;
б) изучение диапазона изменчивости, процессов гибридизации и интрогрессии
в природных и интродукционных популяциях и установление
преимущественных форм опыления; в) выявление филогенетических связей в
родовых комплексах и прогнозирование скрещиваемости у биотипов с
различающимися эколого-географическими и морфологическими
характеристиками; г) маркирование базисных геномов (ran л омов), отдельных хромосом и генетических систем, контролирующих конкретные признаки.
2, На основе принципа РГП и ИГП и с учетом созданной модели генпулов может быть продолжена теоретически и экспериментально обоснованная ревизия видов рода Elymus с оценкой их генетического потенциала и способности к микроэволюционным преобразованиям.
Апробация работы. 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 хемосистематике и эволюционной биохимии высших растений (Москва, 1990), на 72-м ежегодном совещании Тихоокеанского Отделения Американской Ассоциации по развитию науки (Логан, штат Юта, США, 1991), на 1, 2, 3 и 4 Международных симпозиумах по Пшеницевым (Хелсинборг, Швеция, 1991; Логан, Юта, США, 1994; Алеппо, Сирия, 1997; Кордоба, Испания, 2001), на Международной конференции по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 1997), на II Международной конференции по однодольным (Сидней, Австралия, 1998), на XVI международном ботаническом конгрессе (Сан-Луис, Миссури, США, 1999), на X Московском совещании по филогении растений (Москва, 1999), на Менделевском Столетнем конгрессе (Брно, Чехия, 2000), на 1 международной конференции "Проблема вида и видообразования" (Томск, 2000), на 1 и 2 международных научно-практических конференциях "Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии" (Барнаул, 2002, 2003), на XI съезде Российского ботанического общества (Новосибирск-Барнаул, 2003), на 3 международной научной конференции "Биологическое разнообразие. Интродукция растений" (Санкт-Петербург, 2003).
Публикации. Автором опубликовано 68 печатных работ, из которых 59 работ — по теме диссертации (из них 26 зарубежных), в том числе одно изобретение.
Финансовая поддержка получена от РФФИ, гранты № 98-04-49570, № 01-04-49236, № 04-04-48720.
