Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Систематика рода Triticum L 9
1.2. Происхождение пшениц, определение доноров геномов полиплоидных видов 13
1.3. Основные гены, связанные с одомашниванием пшеницы 19
1.4. География распространения пшениц 23
1.5. Происхождение и филогенетические взаимосвязи пшениц Т. dicoccum, Т. spelta и Т. aestivum 28
1.5.1. Полба обыкновенная Triticum dicoccum (Schrank.) Schuebl 28
1.5.2. Гексаплоидные пшеницы; гипотезы происхождения спельты 31
1.6. Методы исследования филогении 38
1.6.1. Цитогенетические методы в филогенетических исследованиях 39
1.6.2 Молекулярные методы в геномном анализе 42
1.7. Классификация хромосом пшеницы 45
Глава 2. Материалы и методы 50
2.1. Материалы исследования 50
2.2. Метод С-дифференциального окрашивания хромосом 54
2.3. Гибридизация in situ 57
2.4. Методика составления хромосомного паспорта образца 57
2.5.Математические методы анализа 60
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 61
3.1. Общая характеристика кариотипа Т. dicoccum 61
3.1.1. Типы хромосомных перестроек у пленчатого эммера 61
3.1.2. Полиморфизм рисунков С-окрашивания кариотипа Т. dicoccum ...65
3.1.3. Исследование внутривидовой дивергенции эммера с помощью хромосомных маркеров 79
3.1.4. Происхождение европейских полб 84
3.2. Общая характеристика кариотипа пшеницы Т. spelta 91
3.2.1. Типы хромосомных перестроек, выявленные у Т. spelta 91
3.2.2. Полиморфизм рисунков С-окрашивания кариотипа Т. spelta 93
3.2.3. Особенности внутривидовой дивергенции спельты 111
3.3. Общая характеристика кариотипа пшеницы Т. aestivum 116
3.3.2. Полиморфизм рисунков С-окрашивания кариотипа Т. aestivum..A IS
3.4. Филогения полиплоидных пшениц Т. spelta, Т. aestivum и Т. dicoccum по данным цитогенетического анализа 136
Выводы 140
Список литературы
- Происхождение пшениц, определение доноров геномов полиплоидных видов
- Полба обыкновенная Triticum dicoccum (Schrank.) Schuebl
- Метод С-дифференциального окрашивания хромосом
- Полиморфизм рисунков С-окрашивания кариотипа Т. dicoccum
Введение к работе
На протяжении тысяч лет и сотен поколений существование самого человека и его домашних животных зависело от пшеницы. В Западном полушарии она играет значительную роль уже свыше 400 лет (Моррис, Сире, 1970). В Восточном полушарии нельзя с достоверностью указать такой период истории человечества, когда бы оно обходилось без пшеницы.
В настоящее время мягкая пшеница выращивается' более чем на 240 млн. га (Curtis, 2002), таких площадей не занимает никакая другая зерновая культура. В период с 1985 г. по 1995 г. рост производства зерна пшеницы составлял в среднем 0,9% (СГММІТ, 1996); в то время как человеческая популяция с 1993г. по 2000г. росла со скоростью 1,5%. Возрастающий дисбаланс можно решить с помощью увеличения производства пшеницы, что достижимо двумя путями^ _
расширением посевных площадей или'
улучшением урожайности на единицу посевной площади. Наиболее перспективным является второй путь. На экспериментальных
полях максимальная урожайность пшеницы может достигать 20 т/га (Curtis, 2002), в то же время ее средняя урожайность за период 1993-1995 г.г. в мире составила всего 2,5 т/га. И если по данным CIMMYT в 2006 году она выросла до 2,86 т/га, для удовлетворения мировых потребностей этого все равно недостаточно, и показатель урожайности желательно довести к 2025 году до 3,8 т/га ().
Проводимая интенсивная селекция на повышение продуктивности в XX веке привела к значительному обеднению генофонда пшеницы и возникла проблема поиска источников хозяйственно-полезных признаков для ее улучшения. Для решения подобных задач используют местные формы и сорта пшеницы, хорошо адаптированные к условиям выращивания (так называемый первичный генофонд), виды пшеницы другого уровня плоидности и представителей близкородственного рода Aegilops (вторичный
генофонд), а также виды других родов — Agropyron, Secale, Hordeum (третичный генофонд) (Конвенция о биологическом разнообразии UNEP 14—15 ноября 1996 г., Пункт 8.1.).
Одним из перспективных видов для улучшения мягкой пшеницы может быть культурная двузернянка ТгШсит dicoccum (Schrank.) Schuebl (Terzi et al., 2007), характеризующаяся высоким качеством зерна и устойчивостью ко многим болезням. Помимо этого, перенос генетического материала от культурной полбы в мягкую пшеницу облегчается близким филогенетическим родством этих видов. В Америке созданы специальные программы по исследованию пленчатых пшениц как возможных доноров устойчивости к болезням для других хозяйственно-полезных видов, особенно Т. aestivum и Т. durum ().
Большой интерес представляют тетраплоидные и гексаплоидные виды
ТгШсит, отличающиеся от меткой ггшеницы по составу белков зерна. Особое
значение это приобретает для людей, страдающих таким тяжелым наследственным заболеванием, как цилиакия. В последнее время активно изучают возможность использования муки из зерна пленчатых пшениц Т. spelta и Т. dicoccum в диетическом питании больных диабетом и сердечнососудистыми заболеваниями (Boguslavskij et. al, 2001). Из них также готовят ряд высококачественных крупяных, хлебобулочных и кондитерских изделий.
Пшеница также является одним из наиболее интересных модельных объектов в эволюционных исследованиях. Эволюция пшеницы, а точнее процессы возникновения, становления и последующей стабилизации групп растений; составляющих род ТгШсит, — один из важных и очень интересных вопросов современной науки.
Проблемы происхождения культурных растений на первых этапах земледелия с давних времен привлекали человека. В Древнем мире, где господствовала мифология, культурные растения считались щедрым подарком, данным человеку богами. Древние египтяне отдавали благодарности Изиде и Осирису за дар пшеницы и ячменя Египту и за
обучение людей секретам их возделывания. Подобным образом древние греки приписывали подарок этих важных хлебных злаков Деметре, а римляне— божественной Церере (Фрэзер, 2001). За последние несколько веков ботаники и специалисты по истории земледелия пытались объяснить происхождение одомашненных растений и их эволюцию в условиях культивирования на научной основе.
Альфонс Декандоль (1886) (цит. по Feldman, 2001) был одним из первых, кто осознал, что исторический, лингвистический и фольклорный типы доказательств сами по себе недостаточны для определения происхождения культурных растений. В тот период развития науки самыми главными были данные, полученные с помощью ботанических и археологических методов. На современном этапе считают, что при анализе происхождения и эволюции культурного растения наиболее достоверным доказательством ^является идентификация дикого предка и определение области его распространения в прошлом и настоящем (Harlan, 1979; Zohary, Hopf, 1998; Feldman, 2001). Это дает возможность определять, какие изменения привели к одомашниванию, а также установить район- начала земледелия. Однако, если дикий предок не обнаружен или исчез, понимание полной истории данного вида или культуры значительно осложняется.
Изучению внутривидового разнообразия и филогенетических связей между видами полиплоидных пшениц посвящено большое количество работ, основанных на методах молекулярной биологии, биохимии и иммунохимии. Хорошо изучена цитогенетика многих видов рода ТгШсит, однако многие вопросы остались не решенными. В частности, большой интерес представляет выявление связи между особенностями распределения гетерохроматиновых блоков в кариотипе растения с его географическим распространением. Знание особенностей рисунков дифференциального окрашивания, присущих популяциям пшеницы из определенных районов произрастания, может способствовать уточнению района доместикации тетраплоидной пшеницы и места происхождения гексаплоидных форм. До
настоящего времени не существует подходов для математической обработки результатов цитогенетических исследований.
Широкие возможности для таких работ открывают современные компьютерные технологии. Сравнение кариотипов конкретных сортов пшеницы с обобщенной видовой идиограммой хромосом позволяет создавать хромосомные паспорта (Badaeva et al., 1990а; Бадаева и др., 2005), являющиеся фактически базой данных, которую можно обрабатывать различными математическими методами. Такая- база может и должна использоваться в последующих работах при сравнении ранее исследованных образцов с вновь изученными. Расширение такой базы — ключ к успешному анализу филогенетических связей близкородственных видов.
Объектами данного исследования стали три вида полиплоидной пшеницы: Triticum dicoccum (Schrank) Huebl. (2n=28), Т. spelta L. (2n=42) и Т. aestivwn L.__(2n=42), тесно связанные друг с другом эволюционное Так, предполагают, что Т. dicoccum послужила непосредственным предком гексаплоидных пшениц (донор ВА-компонента генома) (Dvorak et al., 1992). Открытым остается вопрос о происхождении азиатской и европейской групп спельты. В то же время Т. spelta считается многими авторами наиболее древней формой гексаплоидных пшениц, от которой возникли мягкие пшеницы (Kuckuck, 1964; Моррис, Сире, 1970; Salamini, 2002). Целью нашей работы было изучение внутривидового разнообразия пшениц Т. dicoccum, Т. spelta и Т. aestivum с помощью метода дифференциального окрашивания хромом (С-бэндинга) и уточнение филогенетических отношений этих видов. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Исследовать уровень полиморфизма гетерохроматических (ГХ) районов хромосом у образцов трех видов полиплоидной пшеницы разного географического происхождения с помощью С-метода дифференциального окрашивания.
Определить типы, частоту и географическое распространение хромосомных перестроек у Т. dicoccum, Т. spelta и Т. aestivum. С
помощью геномной гибридизации in situ (GISH) локализовать точки разрывов на хромосомах 7А и 5В в образцах культурной полбы, несущих транслокацию Т7А:5В.
Составить хромосомные паспорта исследованных образцов пшеницы путем сравнения обобщенной видовой идиограммы с рисунками дифференциального окрашивания их кариотипов. На основании хромосомных паспортов сформировать базу данных для статистического анализа.
С помощью методов кластерного анализа исследовать внутривидовое разнообразие видов Т. dicoccum и Т. spelta.
Оценить филогенетическое родство видов Т. dicoccum, Т. spelta и Т. aestivum.
Происхождение пшениц, определение доноров геномов полиплоидных видов
Цитогенетические исследования показали, что виды пшениц формируют аллополиплоидные серии с основным числом хромосом X = 7. Т. Sakamura (1918, К. Kihara (1919; 1924), и К. Sax (1922), анализируя гибриды между группами пшениц, продемонстрировали роль аллоплоидии в эволюции пшениц. В соответствии с отечественной классификацией пшениц {Табл. 1) в этих сериях выделяются 4 диплоидных вида, 14 тетраплоидных и 9 гексаплоидных (Дорофеев и др. 1979). Полиплоидные виды ведут себя подобно типичным геномным аллополиплоидам, т.е. их хромосомы в мейозе конъюгируют по типу диплоидов и характером наследования является дисомный.
В 1926 г. впервые был получен спонтанный амфиплоид от скрещивания дикого эммера с Aegilops geniculata, доказав возможность образования видов в группе пшениц путем аллополиплоидии (Tschermak,. Bleier, 1926). В 1930-х г.г. было обнаружено, что удвоение: хромосом может быть индуцировано колхицином, что открыло новые возможности для изучения эволюции пшеницы; В частности, с помощью метода, колхицинирования было доказано, что каждый полиплоидный, вид может быть охарактеризован: как продукт гибридизации с последующим удвоением; хромосом (Dvorak et al., 1992; Blake et al., 1999);
С помощью геномного анализа у видов Triticum было выделено четыре варианта_геномов А (А" и А ), В, G и D(Lilienfeld, 1951; КШага 1954; Kihara, Yamashita, 1956). Сходство геномного состава лежит в основе объединения разных видов пшениц в группы видов. По упрощенной схеме происхождения-пшеницы, полученной в результате изучения конъюгации хромосом в гибридах между пшеницами разного уровня плоидности, на первом этапе семь пар хромосом предка В-генома объединились семью парами хромосом диплоидной пшеницы (Аи-геном), дав начало тетраплоидной пшенице с 14-ю парами хромосом. Последующее присоединение к ним 7 пар хромосом предка D-генома привело к образованию гексаплоида с 21-й парой хромосом. Тетраплоидный Т. timopheevii появился в результате добавления семи пар хромосом донора генома G; к семи парам хромосом Т. urartu. В дальнейшем присоединение к ним еще одного А-генома пшеницы-однозернянки привело к появлению гексаплоидого Т. zhukovskyi (Рис. 1). Цитоплазма тетраплоидов (BBAUAU) и гексаплоидов (BBAUAUDD) унаследована от донора В-генома, а цитоплазма Т. timopheevii от донора G-генома (Tsunewaki, 1996).
Наиболее древней пшеницей, содержащей геном А", является дикая однозернянка Т. urartu, открытая М.Г. Туманяном в Армении в 1937 г. (Дорофеев и др., 1979). Другая дикая однозернянка, соответствующая виду Т. boeoticum Boiss (геномный состав ADAD), была описана Н. F. Link (1834) под названием Crithodium aegilopoides. Оба вида изредка встречаются в природе в открытых травянистых лесопарковых и степных формациях юго-западного Ирана, Северного Ирака, Закавказья, юго-восточной Турции, западной Сирии и Восточного Ливана (Feldman, 2001). В этой области и за ее пределами — в Центральной и Западной Турции, Греции, Албании, Южной Сербии, Южной Болгарии и на Кавказе дикая однозернянка Т. boeoticum произрастает во вторичных местах обитания, таких как обочины дорог и заброшенные поля. Хоротип обоих видов охватывает западный Ирано-Туранский регион.
Культурная однозернянка Т. топососсит Е. (А А) отличается- от Т. boeoticam признаком неломкости колоса, который определяется двумя комплементарными рецессивными генами. Вид Т. sinskajae (Ад А ) — естественный, мутант Т. топососсит с признаком легкого обмолота. В природе никогда не произрастала и встречается только в генетических коллекциях (Дорофеев, 1979; Sharma, Waines, 1976).
Происхождение пшеницы и идентификация доноров ее геномов давно привлекали внимание исследователей. Первоначально считалось, что донором А-генома является; культурная однозернянка Т. топососсит (Kihara, 1919; Sax, 1922; Kihara, 1924; Melburn, Tompson, 1927). В дальнейшем от этой гипотезы, отказались и предположили, что его предком послужила дикая однозернянка Т. boeoticum (Riley, Bell,Л958; Жуковскийб 1971. Однако с помощью изоферментных и других маркеров было установленоj. что эти два вида не.могли быть донорами А-генома гексаплоидных пшениц (Ласка, 1974; Конарев, 1983; Wolf, Lerch, 1974); Результаты; последующих исследований, проведенных с помощью цитогенетических (Chapman et al., 1976; Dvorak, 1976; Kerby, Kuspira, 1987), биохимических (Конарев и др.,. 1974; Яаска, 1974; Jones et al., 1982; Wolf, Lerch, 1974; Конарев, 1983; Nishikawa, 1984; Kerby et al., 1988; Ciaffi et al., 1997) и молекулярных методов (Dvorak et al., 1988; 1989; Takumi et al 1989; Provan et al., 2004) говорят о том, что наиболее, вероятным донором А-генома могла быть пшеница Г. urartu или близкая ей форма.
Полба обыкновенная Triticum dicoccum (Schrank.) Schuebl
Полба обыкновенная = неломкий эммер = пленчатый эммер — тетраплоидная пшеница с геномным составом ВВАА (Моррис и Сире, 1970). Она считается примитивной формой пшениц группы Полбы. Продуктом обмолота Т. dicoccum являются отдельные колоски; зерновка остается заключенной в колосковые и цветковые чешуи.
Генетические и морфологические данные показывают, что культурная полба произошла от дикой ближневосточной пшеницы Т. dicoccoides (Koern ex Aschers. et. Graebn). Schweinf. путем мутаций от ломкости к неломкости колосового стержня, определяемого двумя или тремя комплементарными рецессивными генами (Zohary and Hopf, 1988).
В соответствии с ареалами и морфолого-экологическими особенностями вид Т. dicoccum подразделяют на четыре подвида {Табл. 4), в которых по географической приуроченности выделяют группы разновидностей {Табл. 4).
Т. dicoccum относится к числу растений, возделывавшихся человеком с самых древних времен: она входила в число восьми культур-основателей эпохи Неолита, с которых начиналось земледелие на Ближнем Востоке (Zohary, 2004). Одомашнивание эммера стало одним из ключевых событий начала земледелия. Археологические данные говорят о том, что культурная полба впервые появилась в Леванте (современные Сирия и Ливан) в начале Догончарного неолита В, датируемого 7500 — 5500 г.г. до н.э. (Bar-Yosef, 2005). Однако исследование разнообразия дикорастущего и культурного эммера с помощью методов RFLP, AFLP-фингерпринтинга (Ozkan et al!, 2002; 2005; Luo et al., 2007), микросателлитного анализа хлоропластной ДІЖ (Mori et al., 1997; 2003) не согласуются с археологическими данными и предполагают, что сайт доместикации эммера, вероятнее всего, располагается не на территории Ливана или Сирии, а в юго-восточной Турции. Таким образом, данные о точном месте введения двузернянки в культуру достаточно противоречивы.В 6-м тысячелетии до н.э. из ХОЛМИСТЫХ і и горных районов Дуги плодородия культурный эммер был занесен на равнины Месопотамии и в западную Анатолию, откуда стал распространяться по Средиземноморскому бассейну и Европе (Feldman, 2001). В 4-м тысячелетии до н.э. шумеры принесли полбу в Египет, в Центральную Азию и северо-западную Индию. Существует предположение, что в южную Индию эммер попал морскими путями из северо-восточной Африки (Luo et al., 2007). Во всех перечисленных областях культурная полба оставалась основным злаком на протяжении более семи тысяч лет, вплоть до второй половины 1-го тысячелетия до н.э., когда она была вытеснена легко обмолачиваемой тетраплоидной формой Т. durum Desf. В, Эфиопию полбу, вероятнее всего, занесли в 3-м тысячелетии до н.э. семитские племена Передней Азии (Cavalli-Sforza et al., 1994; Feldman, 2001), и до сих пор эта пшеница является там повсеместно распространенным и высоко ценимым злаком (Zohary andHopf, 1988).
В настоящее время полбу обыкновенную ограниченно возделывают в горных районах Балкан: Болгарии, бывшей Югославии (далее Югославии) и Чехословакии, в Италии, Испании, Иране и на Кавказе. В более широких масштабах ее выращивают на Абиссинском плато в Эфиопии, на юге Аравийского полуострова, реже она встречается в Марокко, Индии, Турции. Значительное число образцов полбы поддерживается в генетических коллекциях США, Японии, Италии, Франции и России (Padulosi, 1995).
Согласно археологическим данным первые гексаплоидные пшеницы, возделывавшиеся человеком, появились в середине 7-го тысячелетия до н.э. (Huang et al., 2002). В отличие от диплоидных и тетраплоидных форм, они в диком состоянии не встречаются. В связи с широкой вариабельностью гексаплоидных пшениц было высказано предположение, что они возникали рекуррентно от нескольких независимых скрещиваний, вовлекающих различные генотипы тетраплоидной пшеницы и Ае. taiischii (Jakubziner, 1959; Kuckuck, 1964; MacKey, 1966; Morris and Sears, 1967; Feldman et al, 1995; Dvorak et al., 1998; Giles and Brown, 2006). О возможности множественного происхождения гексаплоидных пшениц свидетельствует факт, что гибриды Fi между тетраплоидными пшеницами и Ае. taiischii, самоопыляясь, могут завязывать семена, большинство из которых дает начало гексаплоидному потомству. Такое рекуррентное образование гексаплоидных пшениц, возможно, происходило по всему ареалу Ае. taiischii (от Восточной Турции на западе до Западного Китая на востоке). Гибридизация такого типа до сих пор спонтанно происходит на пшеничных полях в Иране (Zohary, Hopf, 1988).
Метод С-дифференциального окрашивания хромосом
В работе использовали вариант метода С-дифференциального окрашивания хромосом, разработанный в лаборатории функциональной морфологии хромосом Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН (Большева и др., 1984; Badaev et al., 1985; Badaeva et al., 1994). Фиксация материала. Семена замачивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге при комнатной температуре приблизительно на сутки, а затем переносили в холодильник на ночь или более. Старые или зараженные грибком семена перед замачиванием обрабатывали раствором перманганата калия или 2%-ной перекиси водорода 15—20 минут. Перед фиксацией семена выдерживали при комнатной температуре не менее 14—16 часов.
Семена с корешками 1—2 см длиной помещали в 0,2%-ный водный раствор колхицина («Sigma», США) на 1,5 часа, после чего корешки обрезали и переносили в воду со льдом на 30 мин. Корешки фиксировали 45%-ной уксусной кислотой 3—4 часа в холодильнике. Фиксатор меняли первый раз через 15 мин., а затем еще через 1,5 часа с момента начала фиксации. Отмывали корешки от кислоты шестью сменами холодной дистиллированной воды, выдерживая по 10 минут в каждой смене. При отмывании корешков в первый раз воду меняли 2—г3 раза до исчезновения резкого запаха уксуса.
После этого корешки помещали в холодную 0,2N НС1 на 15 мин. для насыщения. Гидролиз проводили при 60С в течение 5 минут соляной кислотой той же концентрации, после чего корешки быстро переносили в воду со льдом. После этого корешки переносили в емкость с дистиллированной водой (повторить 3 раза с интервалом в 10 минут), кончики корешков (непрозрачную часть длиной 1,5—2 мм, соответствующую зоне деления) обрезали и помещали в пробирки с 0.3— 0.4% в подкисленным (рН 3,5—4) водным раствором целлюлизина («Calbiochem», Швейцария). Обработку ферментом проводили при температуре 18—26С в течение ночи.
Приготовление хромосомных препаратов. С помощью пипетки из пробирки с корешками удаляли раствор фермента и добавляли дистиллированную воду. Меняли дистиллированную воду еще два раза до полного удаления фермента. На предметное стекло помещали 3 корешка, осторожно подсушивали и капали на: стекло; 45%-ную уксусную; кислоту на 1,5 -2 мин. Кислоту удаляли, и заменяли каплей свежей 45%-ной кислоты, в которой корешки измельчали лезвием бритвы; 2-—3 мин. до получения однородной суспензии. Препарат накрывали покровным стеклом 18 х 18 мм и раздавливали; Покровное стекло1 снимали- после замораживания; на сухом льду или в жидком азоте, т препараты оставляли в 95? этиловом спирте на ночь или более.
Процедура С-дифференциалъного окрашивания хромосом. Препараты высушивали; на; воздухе:. Сухиегпрепараты помещали в насыщенный,раствор Ва(ОН)г на 6 минут при комнатной температуре затем переносили емкость с: IN солянош кислотой; на. 15 сек:,, затем промывали их проточной водой.
После этого инкубировали препараты в 2х SSC при 60С 1-—2 часа; промывали проточной;, водой не менее: Г5 минут. Окрашивание проводили 2,5;—-3% раствором Giemsa-Merck (Германия)/ на 0;1 25Мї Tris-НЄІ буфере (рН=6,8) в течение 15-—30" минут:. Время окрашивания контролировали: под: микроскопом. Раствор красителя смывали струей проточной; воды, препарат сушили горячим воздухом. Сухие стекла.опускали в ксилол на 1—2 сек., доставали и заключали в энтеллан («Merck», Германия).
Препараты анализировали под микроскопом Leits-Orthoplan сначала при увеличении 16х (объектив «Planochromat»), а затем отобранные полные метафазные пластинки фотографировали (иммерсионный объектив Apochromat 100х) с помощью цифровой видеокамеры EeicaDFC 280 (Digital Eire Wire . Color Camera System: For-Analysis and: Documentation). Обработку изображений; проводили: с использованием: пакета программ; Adobe Photoshop, версия 7.0.
Полиморфизм рисунков С-окрашивания кариотипа Т. dicoccum
Несмотря на то, что Т. dicocciim характеризовался относительно невысоким уровнем полиморфизма ГХ районов, вариантов окрашивания-хромосом, встречающихся только у эммеров, нам выявить не удалось. Наиболее показательным примером может служить хромосома 5В. У подавляющего большинства образцов полбы (более 80%) она имела специфический рисунок распределения ГХ, состоящий из серии из двух или трех сравнительно небольших блоков в середине и одного или двух блоков сходной интенсивности в дистальной четверти длинного плеча, который был обозначен типом «.dicocciim» (Рис. 8—15). Сходные варианты, однако, иногда наблюдались у дикого эммера Т. dicoccoides (Badaeva et al., 2007) и некоторых образцов мягкой пшеницы и спельты из стран центральной АЗИИ (Иран и Афганистан). Необычные варианты окрашивания других хромосом Т. dicoccum (например, 2 А, 4 А, 1В) не получили столь широкого распространения и отмечались у представителей отдельных подвидов или географических популяций.
Разные эколого-географические группы культурной полбы отличались по уровню полиморфизма рисунков С-окрашивания хромосом. Так, например, кавказские образцы (Армения, Азербайджан, Дагестан, Южная Осетия) представляли собой достаточно однородную группу форм, сходных по распределению ГХ и содержащих лишь один вариант перестроек, тогда как полбы из Северной Африки (Алжир, Эфиопия и Марокко) характеризовались разнообразным распределением С-блоков и транслокационным полиморфизмом. Для того чтобы оценить особенности внутривидовой дивергенции культурной полбы, нам представлялось целесообразным рассмотреть образцы по отдельным эколого-географическим группам.
В транскавказскую подгруппу вошли представители Ирана, Армении, Азербайджана, Дагестана; Южной Осетии и Турции. Среди 9 иранских образцов у одного (к-7146) была выявлена транслокация Т7А:5В, у другого (к-45541) {Рис. 8а) — парацентрическая инверсия в длинном плече хромосомы 5А {Рис. 8f).
Наибольшим разнообразием характеризовались рисунки окрашивания хромосом 2А и ЗВ, тогда как уровень полиморфизма ГХ районов других хромосом оказался незначительным. Как правило, иранские эммеры содержали крупный С-блок в дистальном районе длинного плеча хромосомы 4А, тогда как теломерный блок в длинном плече 7В хромосомы или отсутствовал, или был слабо выражен. В целом образцы из этого района характеризовались наличием небольшого С-бэнда в прицентромерном участке короткого плеча хромосомы 5А и достаточно яркого субтеломерного блока в коротком плече хромосомы ЗВ {Рис. 8).
Представители стран Кавказа также показали сходные рисунки дифференциального окрашивания хромосом {Рис. 9). Двенадцать образцов оказались цитогенетически стабильными, а два. разделились на 2 биотипа каждый, отличающиеся по рисунку С-окрашивания хромосом. Таким образом, общее число выделенных линий в данной выборке составило 16. Среди них лишь одна (к-30091 из Азербайджана) несла центромерную транслокацию между хромосомами ЗВ и 4В {Рис. 9а), все другие линии имели нормальные кариотипы.
Особый интерес для изучения эволюции эммера представляют турецкие формы, поскольку, в соответствии с литературными данными, именно здесь в эпоху Неолита была одомашнена тетраплоидная пшеница (Nesbitt and Samuel, 1996; Ozkan et al., 2002; Mori et al., 2003; Ozkan et al., 2005; Luo et al., 2007).
Турецкая группа в настоящем исследовании была представлена 6-ю коллекционными образцами, один из которых (к-20968) состоял по рисункам С-окрашивания хромосом из двух биотипов, т.е. суммарное число линий было равно семи. Из них у одного (к-20989) была идентифицирована типичная для эммера транслокация между 5В и 7А хромосомами (Рис. 10Ь).
У линий к-20968Ь и к-20993 была идентифицирована минорная транслокация Т1В:7В(Рис. 10f,g).
Турецкие Т. dicoccum характеризовались более высокой вариабельностью рисунков С-окрашивания хромосом в сравнении с другими представителями транскавказской подгруппы. Так, четкий полиморфизм по распределению С-блоков показан для хромосом 2А, 4А, 6А, 1В, ЗВ, 5В и 7В {Рис. 10). По характеру окрашивания хромосомы 4А часть образцов {Рис. 10Ь—е) была сходна с представителями транскавказской подгруппы, тогда как хромосома 4А второго типа {Рис. 10а; f, g) оказалась ближе к волжско-балканским эммерам.
Группа волжско-балканских эммеров была представлена одиннадцатью образцами из Югославии Болгарии и России. Три из них несли разные варианты хромосомных перестроек. Крупная перицентрическая инверсия хромосомы ЗВ была идентифицирована у образца к-24482 из Чувашии (Россия) {Рис. Па), транслокация Т6В:7В- — у к-38904 из Югославии {Рис. Не). У полбы из Горьковской области (к-30728), возможно,-произошла минорная транслокация между хромосомами 4А и 4В с обменом дистальных участков длинных плеч {Рис. lib). Группа в целом характеризовалась невысоким разнообразием рисунков С-окрашивания хромосом, причем два образца из России показали большее сходство друг с другом, чем с образцами из стран Восточной Европы. В частности, они отличались, от последних по распределению С-блоков на хромосомах 2А и 7А {Рис. 11).
Характерной особенностью волжско-балканской группы эммеров являлось заметное снижение размера маркерного С-блока 4AL.3.1, расположенного в дистальном районе длинного плеча хромосомы 4А {Рис. 5), в сравнении с, другими представителями эммеров; интересно, что такая же особенность окрашивания хромосомы 4А наблюдалась и у представителей балканской группы мягкой пшеницы, которые более подробно рассмотрены в следующих разделах.
