Введение к работе
Актуальность темы. Мягкая пшеница (Triricum aestivum L.) - является ведущей зерновой культурой во многих странах мира, включая Россию. Основным компонентом зерновки пшеницы, определяющим большинство ее технологических свойств, является крахмал. Функциональные и физико-химические свойства крахмала, прежде всего, зависят от соотношения содержания амилозы и амилопектина. Пониженное или повышенное содержание амилозы в крахмале обусловлено различными аллельными вариантами генов Wx, кодирующих фермент Granule Bound Starch Synthase I (GBSSI). Данные гены локализованы у мягкой пшеницы на хромосомах: 7AS (Wx-Al), 4AL (Wx-Bl) и 7DS (Wx-Dl) (Chao et al., 1989). У мягкой пшеницы с одним или двумя нефункциональными генами Wx (так называемые нуль-аллели) синтезируется крахмал с пониженным содержанием амилозы (Yasui et al., 1996; Vrinten et al., 1999; Takeshi, 2006). Функциональные аллельные варианты генов Wx (Takeshi, 2006; Vanzetti et al., 2009; Guzman et al., 2011) у мягкой пшеницы, как правило, не столь значительно, как нуль-аллели, изменяют содержание амилозы. В целом разнообразие аллельных вариантов генов Wx, выявленных у пшеницы по всем трем генам, довольно низкое (Yamamori et al, 1994; Vanzetti et al., 2009). В связи с этим сейчас идет активный поиск и изучение различных генов Wx у дикорастущих сородичей пшеницы с целью их последующей интрогрессии в её геном (Monari et al.,2005; Yamamori et al, 2009; Huang X.Q et al, 2010; Guzman et al, 2012; Alvarez and Guzman, 2013). Кроме того, все более широкое распространение получает привлечение различных генов дикорастущих сородичей пшеницы для ее улучшения (Friebe et al., 1996; Давоян, 2006; Ji et al, 2012). Также немаловажное значение имеет изучение генов Wx у дикорастущих видов для понимания эволюции данных хозяйственно-ценных генов и видов в целом (Mason-Gamer et al, 1998; Shapter et al, 2005; Mahelka et al., 2011). Поэтому актуальным вопросом является получение нуклеотидных последовательностей генов дикорастущих злаков для их последующей молекулярно-генетической характеристики. Наконец, изучение генов Wx мягкой пшеницы и возможность идентификации их аллельных вариантов является важным этапом в селекции сортов с варьируемым, в зависимости от целей производства, содержанием амилозы без химической модификации крахмала.
Цель и задачи исследования. Цель работы - выполнить молекулярно-генетический анализ генов Wx у различных видов трибы пшеницевых.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
-
Оценить применимость существующих в настоящее время ДНК-маркеров на гены Wx пшеницы для скрининга коллекционного материала и селекции с помощью молекулярных маркеров (MAS-селекции).
-
Изучить аллельное разнообразие генов Wx у мягкой и твердой пшеницы отечественной селекции.
-
Дать молекулярную характеристику аллеля Wx-Ble мягкой пшеницы.
-
Исследовать аллельное состояния генов Wx среди аллоцитоплазматических гибридов пшеницы и оценить влияние типа цитоплазмы на формирование крахмальных гранул.
-
Клонировать и секвенировать нуклеотидные последовательности генов Wx у видов Thinopyrum intermedium, Th. ponticum, Th. bessarabicum Pseudoroegneria stipifolia и Dasypyrum villosum.
-
Создать молекулярный маркер на гены Wx пырейного происхождения.
-
Изучить коллекции пшенично-пырейных гибридов на аллельное состояние генов Wx пырейного происхождения.
Научная новизна. Впервые проведена молекулярно-генетическая характеристика коллекций мягкой и твердой пшеницы сортов отечественной селекции по генам, отвечающим за синтез амилозы. На основе полученных результатов создан набор линий краснозерной мягкой пшеницы с различным аллельным составом генов Wx, который может быть использован как в изучении проявления данных генов, так и в качестве доноров в практической селекции. Выявлены недостатки ряда молекулярных маркеров, используемых для оценки мировых коллекций пшеницы. Секвенирован и охарактеризован аллель Wx-Ble мягкой пшеницы. Получены и охарактеризованы нуклеотидные последовательности генов Wx у видов Th. intermedium, Th. ponticum, Th. bessarabicum Ps. stipifolia и D. villosum.
Практическая значимость работы. Результаты работы имеют важное теоретическое и практическое значение и могут быть использованы в селекции пшеницы. Разработаны рекомендации по использованию молекулярных маркеров для скрининга аллельного состояния генов Wx коллекций и MAS-селекции. На основе полученных нуклеотидных последовательностей дикорастущих видов разработан молекулярный маркер Wx-THl/ЯаеШ, позволяющий отличать гены Wx пырейного происхождения от генов Wx мягкой пшеницы. С помощью разработанного молекулярного маркера оценена коллекция пшенично-пырейных гибридов, которые могут служить селекционным мостиком для создания интрогрессивных форм пшеницы, несущих гены Wx пырея.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на XIX Международной научной конференции студентов,
аспирантов и молодых учёных Ломоносов-2011, секция «Биология» (Москва, 2011); XI Молодежной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии - 2011» (Москва, 2011); X съезде Белорусского общества генетиков и селекционеров «Генетика и Биотехнология XXI века» (Минск, 2012); XII Международном симпозиуме по генетике пшеницы (IWGS) (Иокогама, Япония, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 из перечня рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 150 страницах машинописного текста и включают 51 рисунок, 25 таблиц. Диссертация состоит из разделов «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты исследований и их обсуждение», «Заключение», «Выводы» и «Список литературы». Список цитируемой литературы включает 170 наименований, из них 155 иностранных.
