Введение к работе
Актуальность проблемы. Н.И.Вавилов (1931) определял линнеев-ский вид как "...сложную подвижную морфофизиологичеекую систему, связанную в своем генезисе с определенной средой и ареалом". Логично предположить, что генетический аппарат вида, его геном, также представляет собой систему, имеющую свои закони становления, организации, стабильности, изменчивости, эволюции и функционирования. Особого внимания заслуживают закономерности становления генома, существование которых очевидно, поскольку система не может возникнуть путем случайных преобразований. Для выявление этих закономерностей удобной моделью является селекционный процесс, а объектом - культурные злаки, которые достаточно хорошо изучены с точки зрения генетики и цитогенетики. Выбранная модель обладает целым рядом преимуществ. Мы знаем, во-перпых, что и от чего произошло, то есть исходные и производные формы; во-вторых, способ внесения изменчивости (гибридизация, отдаленная гибридизация, полиплоидия, мутагенез и др.); в-тротьих, изменения можно проследить в ряду поколений; в-чотвертых, возможно изучение конкретного генотипа, выращенного в различных почвепно-климатичес-ких условиях, и наоборот, сравнение различных генотипов, выращенных в одинаковых условиях; в-пятых, полученные результаты могут иметь практическое значение.
Исследование особенностей процессов формирования генома, выявление закономерностей этих процессов и подходов к управлению ими является основной задачей развиваемого направления генетики -эволюционной и прикладной цитогенетики злаков. Разработка данного направления будет иметь не только теоретическое значение, например, для теории эволюции или выяснения принципов молекулярной организации генома, но и прикладное значение, в частности, может способствовать совершенствованию методов генетических основ селекции культурных растений.
Цель и задачи исследования. Ооновная цель данного цитогене-тического исследования заключалась в выявлении закономерностей организации генома культурных злаков и особенностей процесса его формирования при таких наиболее широко распространенных, как в эволюции, так и в селекции способах внесения изменчивости, как внутривидовая (межсортовая) гибридизация и полиплоидия. В рабств были поставлены следующие задачи:
1 Разработать комплекс методов цитогенетического анализа злаков, позволяющий получить достаточно полное представление о его хромосомной организации.
-
Создать количественную идиограмму дифференциально окрашенных хромосом А, В, D, R и Н геномов-
-
Исследовать с помощью разработанных методов процесс становления генома аллополиплоидного гибрида пшеницы и ржи - тритикале и выявить закономерности этого процесса.
-
Изучить особенности, связанные с процессом внутривидовой (межсортовой) гибридизации.
Научная новизна и практическая ценность работы. Разработан комплекс цитогенетических методов, позволяющий получить достаточно полное представление о хромосомной организации генома злаков: С-метод дифференциального окрашивания хромосом, метод цитофотоме-трического определения количества ДНК, метод ник-трансляции in situ. Методы достаточно стандартизованы, универсальны для различных видов и родов злаков и обладают высокой разрешающей способностью.
Создана количественная обобщенная идиограмма хромосом А, В, D, R и Н геномов, небходимая для анализа хромосом и их фрагмен-тов в нормальном и перестроенном кариотипфс, пшениц, тритикале, ячменя и ржи различного происхождения. Предложена номенклатура хромосом ячменя, находящаяоя в соответствии о генетической классификацией хромосом'пшеницы и ржи.
Обнаружено, что А, В, D, R и Н геномы, входящие в состав пшениц, ржи, тритикале и ячменя организованы по единому блочному принципу.
Показано, что коэффициент вариации количества ДНК может быть использован в качестве характеристики гетерогенности (или стабильности) форм пшениц, ржи и тритикале.Обнаружено, что количественные оценки хромосомного полиморфизма гетерохроматических районов могут использоваться в качестве характеристик стабильности, гетерогенности и генетической дивергениции сортов и форм злаков.
Выявлены общие принципы распределения транскрипционно активных участков по длине хромосом Вий геномов злаков-
Показано, что гоном как межвидового (аллополиплоидного), так и внутривидового (межсортового) гибрида является не суммой геномов родительских форм, а результатом их взаимодействия. Выявлен ряд закономерных и направленных изменений аллополиплоидного генома тритикале по сравнению с геномами исходных родительских форм
- З -пшеницы и ржи: изменения ау- и гетерохроматических районов хромосом, изменения распределения транскрипционно активных участков по длине хромосом, изменения количества ДНК и коэффициента па-риации этого показателя (KB). На основании этих закономерностей сформулированы критерии подбора родительских пар для получения стабильных тритикале.
Выявленные закономерности формирования синтетического каоио-типа тетраплоидных тритикале открывают возможности для направленного получения тритикале с определенным хромосомным составом. Сделанные заключения могут также способствовать лучшему понимашп процессов, связанных с филогенезом и дивергенцией злаков.
Апробация работы- Материалы д:г:.-еертацми .были доложены на III Всесоюзном совещании по структуре и функции клеточного ядра (Киев, 1970); III совещании "Проблемы автоматизации анализа изображений микроструктур" (Пущине 1971); II и V (Москва. 1972 и 1987) съездах ВОГиС Имени Н.И.Вавилова; III (Ленинград, 1972), IV (Пущине, 1982), V (Пущине 1985), VI (Пущине 1900) сопешониях по структуре и функции хромосом; IV Всесоюзном совещании по полиплоидии (Киев, 1975); II Советско-Индийском симпозиуме "Проблемы генетики и селекции культурных растении (Баку, 1976); полевом семинаре "Селекция тритикале и исходный материал" (Дербент, 1984); 3 национальной конференции по цитогенетике (Пловдив, 1984); Всесоюзной конференции "Макромолекулы клетки" (Москва, 1984); Всесоюзном координационном совещании "Результаты работы научных учреждений по создания и внедрсігию новых сортов тритикале за 1981-86 г. и задачи на двенадцатую пятилетку" (Прчсевальок, 1985); Первом Всемирном конгрессе общосгва математической статистики и теории вероятности им. Бернулли (Ташкент, 1986); Всесоюзной конференции "Молекулярная биология генов высших организмов" (Москва, 1987); Международном конгрессе по клеточной биологии (Монреаль, 1988); Ежегодных Сахаровских чтениях (Москва, 1989)..
Структура работы. Диссертация изложена в настоящей брошюре в форме научного доклада. Основные результаты получены лично автором. В разработке методов, получении и обсуждении результатов принимали участие: Е.Д.Бадаева. Е.В.Бойко, Н.Л.Большева, В.Е.Вор-мотов, Г.В..Дерягин, Н.И.'Дубовец, А.В.Зеленин, Т.Г.Зурабишвили, М.В.Кост, В-А.Купах. В.В.Моргун, О.В.Мурапенко, А.А.Прокофьева-Бельговская, В.А.Пухальский, Е.К.Савченко, Е.Г-Саралидзе, Л.Ф-Со-зинова. Всем коллегам автор выражает благодарность. Автор также глубоко признателен А.Б.Иорданскому по инициативе которого нами
в 1971 г. в ИМБ АН СССР были начаты работы по дифференциальному окрашиванию хромосом злаков.