Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 9
1.1. Общие сведения об A vena sativa L. 9
1.2. Характеристика белков зерна овса 13
1.3. Синтез и локализация авенина 14
1.4. Биохимическая характеристика авенина 15
1.5. Генетика авенина (наследование, генетический контроль) 20
1.6. Полиморфизм авенина и его использование для анализа генофонда овса 23
1.7. Молекулярные маркеры в изучении генетических ресурсов растений 26
1.8. Заключение 30
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования 32
2.1. Объект исследования 32
2.2. Электрофорез авенина в вертикальных пластинах ПААГ 38
2.2.1. Выделение авенина 38
2.2.2. Описание электрофореза 38
2.3. Составление белковых формул 39
2.4. Математическая обработка результатов электрофоретического анализа авенинов овса 40
ГЛАВА 3. Генетическое разнообразие образцов коллекции овса посевного avena sativa l. по спектрам авенина 43
3.1. Общая характеристика суммарного электрофоретического
спектра проламиновой фракции белков семян овса посевного 43
3.2. Характеристика спектров авенина образцов коллекции овса
посевного различного эколого-географического происхождения 46
3.2.1. Характеристика спектров авенина образцов-оригиналов коллекции овса посевного 48
3.2.2. Характеристика спектров авенина репродуцированных образцов коллекции овса посевного 49
3.2.2.1. Выявление дублетных образцов 50
3.3. Анализ изменений биотипного состава образцов овса посевного, происходящих при пересевах 52
3.4. Заключение 70
ГЛАВА 4. Классификация коллекции староместных образцов овса посевного avena sativa l. по спектрам авенина с использованием методов многомерной статистики 72
4.1. Дифференциация генофонда староместных образцов-оригиналов овса посевного по спектрам авенина на основе анализа главных компонент (факторный анализ) и кластерного анализа 73
4.2. Дифференциация генофонда староместных репродуцированных образцов овса посевного по спектрам авенина на основе анализа главных компонент (факторный анализ) и кластерного анализа 79
4.3. Заключение 92
Глава 5. Обсуждение результатов 94
Выводы 111
Практические рекомендации 112
Литература 113
Приложения 126
- Молекулярные маркеры в изучении генетических ресурсов растений
- Электрофорез авенина в вертикальных пластинах ПААГ
- Характеристика спектров авенина репродуцированных образцов коллекции овса посевного
- Дифференциация генофонда староместных репродуцированных образцов овса посевного по спектрам авенина на основе анализа главных компонент (факторный анализ) и кластерного анализа
Введение к работе
В настоящее время мировые генетические ресурсы растений рассматриваются во всем мире как основной источник исходного материала для улучшения различных сельскохозяйственных культур, выведения новых сортов. Поэтому сохраняемое в генных банках генетическое разнообразие должно быть тщательно и всесторонне изучено, а сами коллекции должны быть рационально организованы. Кроме того, важнейшей задачей генных банков является контроль за генетической целостностью коллекционных образцов, так как в ходе воспроизведения и хранения материала, кроме огромных материальных затрат, существует риск потери части его генетического разнообразия (Конарев А., 1998; Vvedenskaya et al., 1993; Hodgkin, 1997). Непременное условие полноценного функционирования генных банков любых организмов - сведение к минимуму возможности изменений, происходящих с образцами в результате мутаций, отбора, случайного дрейфа генов или засорения сохраняемого и периодически пересеваемого материала (Hodgkin, 1997). Серьезной проблемой является поиск и идентификация в коллекциях дублетов и, так называемых, «генетически очень близких образцов» (Конарев А., 1998; Kresovich et al., 1997; Karp, Edwards, 1997).
Важной проблемой в работе с генетическими коллекциями является их оптимизация, под которой обычно понимают комплекс мероприятий, включающий всестороннее изучение образцов коллекции, их паспортизацию и идентификацию, познание генетической структуры коллекции (выяснение внутривидовых и межвидовых связей).
В решении всех этих задач молекулярные маркерные технологии оказались весьма эффективными. Об этом свидетельствует мировой опыт использования белковых и ДНК-маркеров для познания генетического разнообразия растений (Конарев В., 1979, 1983; Hodgkin, 1997; Kresovich et al., 1997). В ВИРе для этих целей, наряду с ДНК-маркерами, в основном,
используются белковые маркеры (Конарев В., 1983, 2001; Конарев А. и др., 2000). Возможность использования электрофоретических спектров запасного белка зерна овса - авенина - в сортовой идентификации была показана в целом ряде работ (Салмина, Дягилева, 1979; Гаврилюк и др., 1973, 1984; Конарев В., 1983; Созинов, 1985; Губарева и др., 1987; Портянко, 1987; Портянко и др., 1986, 1987; Юмагузина и др., 1984, 1987; Kim et al., 1978, 1979а, 19796; Cooke etal., 1984, 1986).
В качестве объекта исследования настоящей работы нами был взят генофонд староместных сортов овса посевного из коллекции Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И.Вавилова (ВИР), которые в литературе называют сортами народной селекции, местными, старыми или староместными, местными популяциями или ландрасами. Их изучение имеет особое значение, поскольку в ходе длительного отбора среди местного ассортимента вырабатывались наиболее приспособленные экологические типы (Вавилов, 1935). Генотипы местных сортов формировались в течение нескольких тысячелетий под действием как искусственного, так и естественного отборов, причем давление естественного отбора при относительно невысоком уровне земледелия, было очень значительным. Огромное разнообразие почвенно-климатических условий способствовало появлению сортов, которые были наиболее приспособлены к данным условиям (Вавилов, 19266). Сорта народной селекции, в отличие от современных, обладают более высоким популяционным полиморфизмом, представляют собой сложные популяции, которые являются ценным источником генетического разнообразия для нужд селекции. Задачей генных банков и центров генетических ресурсов растений является не только сбор, регистрация и изучение этих образцов, но и сохранение их генетического разнообразия, всего богатства генетической изменчивости этих уникальных форм (Конарев В., 1991; Kleijer et al, 1990; Williams, 1990).
Целью работы явилось изучение полиморфизма староместных образцов овса посевного с использованием запасных белков — авенинов, оценка
биотипного состава образцов, поддерживаемых путем репродукции, характеристика пленчатых и голозерных форм для совершенствования эколого-географической классификации. В задачи исследования входило:
1. Изучить внутривидовой полиморфизм коллекции образцов
староместных сортов овса посевного по запасным белкам - авенинам.
Осуществить идентификацию образцов, составить каталог белковых формул и электронную версию базы данных как элемент паспортной базы данных.
Оценить с использованием спектров авенина состояние коллекции овса на предмет наличия дублетных и генетически близких образцов.
4. Дать оценку по спектрам авенина стабильности генетической
структуры (генетической целостности) образцов овса в процессе хранения и
репродукции:
— выявить закономерности изменчивости биотипного состава образцов
овса, проявляющуюся при многократных пересевах;
- показать современное состояние коллекции овса (соответствие
биотипного состава репродукций последних лет биотипному составу
образцов-оригиналов).
5. Охарактеризовать с использованием данных по белковому
полиморфизму и методов многомерной статистики генетическое разнообразие
коллекции староместных образцов овса посевного, собранное и
поддерживаемое в живом виде, выявить степень и характер генетической
дифференциации по спектрам авенина, сравнить полученные данные с
существующими внутривидовой и эколого-географической классификациями
овса посевного.
Научная новизна. Впервые детально по спектрам авенина изучена коллекция 115 староместных образцов овса посевного ВИР, осуществлена их регистрация. Выявлены образцы с идентичными и близкими по составу электрофоретическими спектрами авенина, что указывает на их вероятное
дублетное родство или генетическую близость. По спектрам авенина исследован полиморфизм староместных образцов овса посевного и дана характеристика их генетического разнообразия. Выявлено, что при репродукции образцов коллекции в ряде случаев изменяется биотипный состав (соотношение и состав биотипов, идентифицируемых по спектрам авенина). С использованием полиморфизма по спектрам авенина изучена дифференциация генофонда староместных сортов овса посевного и на основании этих данных произведена их группировка, которая в целом соответствует существующей эколого-географической классификации.
Практическая ценность работы. Составлен каталог белковых формул и электронная версия базы данных, которые в дальнейшем могут быть включены в паспортную характеристику по овсу.
Продемонстрирована эффективность использования полиморфизма авенина для оценки состояния и оптимизации коллекции овса, а именно:
- получены данные об изменении генетической целостности генофонда
староместных образцов овса в ходе многочисленных репродукций;
- экспериментальные данные свидетельствуют о необходимости
контроля за биотипным составом образцов коллекции овса в процессе
репродукции и хранения;
подтверждена эффективность применения разных методов многомерной статистики для обработки данных по полиморфизму авенина и их интерпретации.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и представлены на научно-технических совещаниях отдела биохимии и молекулярной биологии ВИР (2001-2003гг.), на конференции аспирантов и молодых ученых (ВИР, 2002, 2003гг.), на Ученом Совете ВИР (2003г.), на III Международной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (Москва, 2004г.), на Международной научно-практической конференции «Селекция, семеноводство и возделывание полевых культур» (Ростов-на-Дону, 2004г.).
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано четыре печатные работы.
Молекулярные маркеры в изучении генетических ресурсов растений
В настоящее время мировые генетические ресурсы растений являются основным источником улучшения сельскохозяйственных культур, поэтому необходимо всестороннее изучение, а также обеспечение наиболее полной сохранности их генетического разнообразия в генных банках и центрах генетических ресурсов растений (Конарев А., 1998). Кроме того, важна точная идентификация и паспортизация каждого образца коллекции. Для этого необходима рациональная классификация коллекции, легкий доступ к f образцам, наличие паспортных и оценочных данных, отсутствие даже t минимального дублирования, перепутывания, сохранение подлинности и генетической целостности коллекционного материала в ходе репродукции (КонаревА., 1998). Для решения вышеупомянутых проблем используется комплекс различных методических подходов. Кроме традиционных методов (полевая апробация, лабораторный анализ, грунт-контроль), основанных на использовании морфологических признаков, широко применяются технологии, основанные на молекулярных маркерах (маркер означает метчик, в биохимии - фактор идентификации) (Конарев В., 1983). В последние десятилетия белковые (изозимы и запасные белки семян) и ДНК-маркеры наиболее часто используются в популяционных и эволюционных исследованиях генофонда, а также в селекционных программах (Конарев А., 1998). Условно выделяют три направления использования молекулярных маркеров в растениеводстве: в работе с мировыми генетическими ресурсами растений; в селекционной работе; в семеноводстве и семенном контроле (Конарев А. и др., 2000). Главными направлениями использования молекулярных маркеров при работе с генетическими ресурсами растений являются: - интродукция генетических ресурсов растений: поиск нового разнообразия для привлечения в коллекцию, контроль процесса включения в коллекцию нового образца; - структура коллекции: выяснение внутривидовых связей и межвидовых отношений, использование полиморфизма белков и ДНК для анализа внутривидовых связей, а также анализ родства видов и геномов с использованием белковых и ДНК-маркеров; - технологии создания коллекций: идентификация и регистрация генетических ресурсов растений, создание каталогов белковых формул и баз данных по молекулярным маркерам; выявление ошибок в определении образцов коллекции; поиск в коллекциях дублетных образцов; контроль генетической стабильности образцов, сохраняемых in vitro; - сохранение генетических ресурсов растений ex situ: контроль за генетической целостностью образцов при их репродукции и различных способах хранения; - охрана авторских прав ВИР на источники, доноры, формы из генетических коллекций: идентификация и регистрация источников и доноров ценных признаков, образцов генетических коллекций, а также решение спорных вопросов авторства, в том числе участия коллекций ВИР в создании новых форм растений (Конарев А., 1998). Молекулярное маркирование основано на полиморфизме белков и нуклеиновых кислот. Несомненным преимуществом белковых и ДНК маркеров является то, что они ближе других субстанций расположены к носителю наследственной информации, либо сами (как, например, ДНК), ею являются (Конарев А. и др., 2000). Возможность работать с самим носителем наследственной информации привлекает исследователя при использовании ДНК-маркерных технологий, однако наиболее простые в исполнении методы (RAPD) характеризуются плохой воспроизводимостью и доминантным характером маркера, то есть невозможностью различия гомо- и гетерозиготных генотипов. Более совершенные методы отличаются трудоемкостью и дороговизной. При проведении эксперимента, в котором участвовали девять лабораторий из шести европейских стран (Jones et al., f 1997), сравнивались возможности RAPD, AFLP и SSR-маркеров в изучении полиморфизма растений. При использовании техники RAPD-анализа возникли проблемы с воспроизводимостью результатов; в случае с AFLP появились проблемы с воспроизводимостью отдельных компонентов. Все лаборатории практически одинаково воспроизвели (амплифицировали) SSR-аллели, однако некоторыми лабораториями для отдельных локусов получены незначительные различия в определении размеров аллелей при амплификации. Так же f возникли трудности с воспроизводимостью экспериментов при окрашивании серебром продуктов амплификации. На данном этапе эксперимента большинство лабораторий не смогли получить удовлетворительных результатов (Jones et al., 1997).
В качестве маркеров в ВИРе на протяжении более 30 лет успешно используются запасные белки семян (Конарев В., 1983). Электрофоретические спектры запасных белков большинства важнейших культивируемых растений и их дикорастущих сородичей обладают довольно большим полиморфизмом, что позволяет успешно использовать их в идентификации видов, сортов биотипов, линий и гибридов, решения других проблем генетических ресурсов растений, а также для выявления внутривидовой дифференциации. Это было продемонстрировано в ряде работ (Салмина, Дягилева, 1979; Конарев В., 1983; Гаврилюк и др., 1973, 1984; Юмагузина, Иштирякова, 1984; Созинов, 1985; Губарева и др., 1987; Портянко и др., 1987; Лоскутов, 2003; Kim et al., 1979а, 1979b; Cooke et al., 1984). Белковые маркерные системы были отобраны в результате многолетних биохимических и генетических исследований генофондов культур среди множества разнообразных белков (Конарев В., 1983; Созинов, 1985; Biochemical Identification of Varieties, 1988). Принципиально важно, что семя, из которого извлекаются белки -фиксированная фаза онтогенеза (Конарев А. и др., 2000). К преимуществам метода относится то, что состав белков стабилен и не зависит от условий выращивания; спектры запасных белков неизменны в течение многих лет (в частности отмечено, что электрофоретические спектры зерновых злаков остаются без изменений более 100 лет) (Конарев В., 1983, 2001; Созинов, 1985; Конарев А., 1998; Конарев А. и др., 2000; Schulze et al., 1994). Кроме того, данный метод позволяет работать с отдельными зерновками (то есть характеризовать генотипический состав образцов). Запасные белки легко доступны выделению и идентификации, специфичны, полиморфны. Важными аргументами в использовании запасных белков являются высокая воспроизводимость результатов электрофореза, повторяемость опытов (Конарев А., 1998; Cooke, 1988, 1998; Borner et al., 2000), а так же достаточно полная изученность генетики и биохимии запасных белков семян, простота и дешевизна работы с этими объектами, а так же возможность стандартизации метода. Методы идентификации сортов пшеницы, ячменя, овса, кукурузы, гороха, злаковых трав и других культур электрофорезом белков семян являются стандартными (арбитражными) методами и включены в Международные правила семенного контроля (International Rules for Seed Testing, 1996). На электрофорезе запасных белков основаны принятые в РФ стандартные методы идентификации сортов (Cooke, 1988; Конарев В. и др., 1993; Конарев А., 1998; Конарев А. и др, 2000).
Электрофорез авенина в вертикальных пластинах ПААГ
Электрофорез проламинов проводили в 7,5% ПААГ по методике, принятой в лаборатории биохимии и молекулярной биологии ВИР (Конарев В. и др., 2000). Для проведения электрофореза в вертикальных пластинах ПААГ использовали прибор производства экспериментальной лаборатории «Хийу Каллур» (г. Таллин) с пластинами размером 120x120x1 мм. В качестве источника питания служил прибор УИП-1.
Состав геля: 6,5% акриламида, 0,17% бисакриламида, 26% мочевины, 30% уксусной кислоты, 0,4% TEMEDA, 0,32% персульфата аммония. Гель полимеризовали при 60С в течение 1 часа, после чего гребенки удаляли из геля. Пластины помещали в сосуд для электрофореза, который заполняли буфером (0,013М уксусная кислота). Собранный прибор подключали к источнику питания УИП-1 и проводили предварительный электрофорез при силе тока 40 мА на одну пластину в течение 1 часа. По окончании предварительного электрофореза меняли буфер на свежий. Прибор в собранном виде помещали на ночь в холодильник. Утром, не вынимая кассеты из прибора, буфер сливали. Образцы (15мкл) вносили в карманы пластины ПААГ с помощью микрошприца, наслаивая под свежий буфер. Электрофорез проводили 5,5-6 часов с охлаждением. Разделение белков вели при напряжении около ЗООВ в течение первого часа (сила тока 20мА на одну пластину); затем устанавливали напряжение 580В при силе тока 50мА на пластину. Такой режим силы тока необходим для того, чтобы избежать перегрева прибора и, вследствие этого, появления в спектре искажений.
Соблюдение данных условий обеспечивает максимальную четкость разделения компонентов авенина в геле.
После электрофореза гели фиксировали и окрашивали в 0,25% водном растворе красителем Кумасси G-250 в 1,5% ТХУ (1:20) в течение 15 часов на холоде (+4С). После окрашивания гели промывали дистиллированной водой, фотографировали, а затем консервировали в 10% глицерине и высушивали между листами расправленного и натянутого на барабан целлофана.
Идентификацию компонентов и составление белковых формул проводили в соответствии с эталонным спектром (рис. 1). В качестве стандартов использовали спектры глиадина мягкой пшеницы (сорт Мироновская-808) и авенина овса (сорт Astor) (рис. 2). В тех случаях, когда компоненты были представлены двумя или тремя субкомпонентами, для обозначения последних использовали нижний индекс при сохранении основного компонента. Например, наличие, соответственно, 2 и 3 субкомпонентов в позиции oil, pi и РЗ записывали в формулах как Величину интенсивности в баллах указывали для каждого компонента и вносили в так называемые развернутые формулы авениновых биотипов. Интенсивность оценивали визуально по 5-ти балльной шкале. Например, белковая формула одного из типов спектра авенина для образца к-1269 имеет следующий вид: БП 75431 а\\61 pi 1З2 В развернутом виде данная формула выглядит так:
Для удобства рассмотрения типы спектров образцов обозначены номерами каталога ВИР. Каждый тип спектра обозначен номером образца по каталогу ВИР, арабской цифрой в порядке убывания частоты встречаемости типов спектра в данном образце, годом репродукции. Кроме того, образцы оригиналы были обозначены буквой "О" перед номером образца по каталогу ВИР; образцы, полученные из отдела генетических ресурсов овса, ржи и ячменя ВИР и КОС ВИР - буквой "Р" перед номером образца по каталогу ВИР, а образцы, полученные из Филиала ГНУ ГНЦ РФ ВИР «Кубанский генетический банк семян» - буквой "Г" перед номером образца по каталогу ВИР. Например, типы спектра авенина в образце к-1416 с встречаемостью (к выборке 50 зерен) 68%, 16%, 10%, 3%, 3% можно обозначить как Р1416-1-98, Р1416-2-98, Р1416-3-98, Р1416-4-98, Р1416-5-98. Сокращения, используемые в работе, приведены в Приложении 1. Построение матрицы исходных данных проводили с использованием компьютерной программы Microsoft Excel-2000. При создании электронной матрицы исходных данных учитывали не только «наличие-отсутствие» компонентов, но и их интенсивность. При этом относительную интенсивность каждого компонента или субкомпонента оценивали визуально по пятибалльной шкале: 0 - отсутствие компонента, 1 очень слабая интенсивность компонента, 2 - слабая, 3 - средняя, 4 - сильная, 5 -очень сильная интенсивность компонента. Каждый компонент или субкомпонент представляли в виде системы, состоящей из пяти позиций, при этом каждая позиция соответствовала одному из пяти возможных значений относительной интенсивности компонента. Каждому значению интенсивности в матрице исходных данных присвоили буквенное обозначение: 1=а, 2=Ь, 3=с, 4=d, 5=е; фракции а-, р- и БП (быстрые проламины) обозначили как А, В и Fp (fast prolamine) соответственно. Присутствие или отсутствие компонента определенной интенсивности кодировали цифрами 1 и 0. Например, компонент рЗг с относительной интенсивностью, равной 4 баллам, обозначили как B3_2_d и закодировали следующим образом (образец Р1255-1-95): Относительная интенсивность, балл: В3_2_а B3_2_b В3_2_с B3_2_d В3_2_е Кодирование: 0 0 0 10 При создании электронной матрицы исходных данных для полиморфных образцов использовали только биотип с наибольшей частотой встречаемости (доминирующий биотип). Подобным образом были созданы две электронные матрицы исходных данных: одна матрица включала основной доминирующий биотип оригинальных образцов, а другая - основной доминирующий биотип образцов последних лет репродукции. Электронные матрицы исходных данных использовали для статистической обработки.
Дальнейшей обработку результатов проводили двумя независимыми методами многомерной статистики, такими как анализ главных компонентов (АГК) и кластерный анализ (КА). Статистическую обработку осуществляли в пакетах программ STATISTICA 5,5 и NCSS 2000 (Statistica for Windows [Computer program, manual], 1995).
Характеристика спектров авенина репродуцированных образцов коллекции овса посевного
Для характеристики современного состояния коллекции староместных форм овса посевного были отобраны 115 образцов репродукций последних лет (1989-2002). 21 образец был мономорфен, то есть характеризовался одним типом спектра, 17 образцов - условно мономорфные (встречаемость 93% и выше). Для остальных образцов обнаружено от 2 до 9 типов спектра авенина. Всего для них выявлено 164 основных типов спектра, из которых специфичными для отдельных образцов являются 146 типов спектра (Приложение 6).
Среди образцов овса посевного репродукций последних лет выделено 12 групп образцов, которые имели идентичные или близкие доминирующие типы спектра авенина: две группы мономорфных образцов (№ 1, 2), пять - условно мономорфных (№ 3-7) и пять, которые отнесены нами к генетически близким (№ 8-12) (Таблица 3). С некоторой долей условности данные образцы можно считать вероятными дублетами. Образцы, вошедшие в группы 1,8 и 4,7, имеют одинаковые позиции компонентов электрофоретического спектра авенина (Таблица 3), но отличаются интенсивностью компонентов (Приложение 6).
Как было отмечено ранее, при анализе образцов-оригиналов овса посевного выделена только одна группа с идентичными спектрами авенина, а при анализе образцов овса репродукций последних лет их число составило 12. Увеличение числа выявленных групп возможных дублетов объясняется тем, что не у всех образцов сохранились семена оригиналов. Кроме того, наблюдали различия между образцами-оригиналами и репродукциями последних лет по количественному и качественному составу авениновых биотипов (Приложение. 6). Следует отметить, что группы дублирующихся образцов мы выделяем только по одному признаку - сходным спектрам авенина, поэтому нельзя говорить об их полной идентичности, так как по другим признакам (например, морфологическим) они могут иметь отличия. Для подтверждения дублетной природы данных образцов необходимы дополнительные исследования. После сравнительного изучения по другим признакам, и в случае подтверждения дублетной природы таких образцов, они могут быть переведены в ранг резервных с более редким циклом репродукции (Конарев А., 1998; Романова и др., 2001). Не исключено, что образцы с идентичными или близкими доминирующими типами спектров авенина, так называемые «очень сходные образцы», могут представлять большой интерес для селекционной работы, так как, имея идентичный набор «базисных генов» (Жученко, 2001), то есть генов, идентичных у всех популяций и особей данного вида, они могут обладать рядом различных полезных признаков (например, иметь разный габитус, разную устойчивость к абиотическим факторам внешней среды или к патогенным организмам).
Для характеристики генетической идентичности образцов коллекции овса проведено сравнительное изучение 31 оригинального образца овса посевного хранящихся в коллекции еще с 20-х годов прошлого столетия и их репродукций 1963-2002 годов. Образцы пересевались до 30 раз в течение 80 лет на различных опытных станциях ВИР. В таблице 4 представлены данные о частоте встречаемости каждого проламинового биотипа в зависимости от года и места репродукции.
Количество основных биотипов в образце колеблется от 1 до 4, минорных от 1 до 12. В процессе репродукций изменялась частота встречаемости как основных, так и минорных биотипов. Основные биотипы составляли в выборке более 10% и присутствовали в большинстве репродукций; их суммарная доля, в основном, превышала 70%. При пересеве образца содержание основного биотипа (биотипов) менялось, как правило, в пределах 10-80% (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения), при этом доля основного биотипа или увеличивалась, или уменьшалась. Так, например, в образце к-2131 содержание основного доминирующего биотипа «а» увеличивалось, а минорные биотипы «б», «в» и «г» исчезли (рис. 6а). В образце к-2864 содержание основного доминирующего биотипа «а» в репродукции 1992 г. по сравнению с оригиналом снизилось на 44%, при этом появились новые биотипы «г», «д», «е» и «ж», отсутствовавшие в оригинальном образце (рис. 66). Вероятно, появление новых биотипов и снижение частоты встречаемости биотипа «а» можно объяснить влиянием многих факторов, в том числе, различиями в погодных условиях в периоды 1977-1978, 1978-1979 и 1991-1992гг. (рис. 7 и рис. 8).
Минорные авениновые биотипы составляют в сумме 2-13% на образец. Как правило, в процессе репродукции они либо исчезают, либо меняется частота их встречаемости (Таблица 4). В большинстве случаев минорные авениновые биотипы, зарегистрированные в оригинальных образцах, отсутствуют в последующих репродукциях, при этом в репродуцированных образцах появляются новые биотипы (рис. 6а и 66).
Изучение изменений биотипного состава при воспроизводстве позволило выявить следующее (Таблица 4).
Для семи образцов (к-1711, к-2132, к-2195, к-4184, к-4958, к-5537, к-7781) выявлено несоответствие биотипного состава репродуцированного образца таковому образца-оригинала. Репродукция образца к-7781 (1978 г., Московское отделение ВИР) по биотипному составу идентична сорту Astor, который в данной работе использовался в качестве стандарта. Для ряда образцов выявлено несоответствие биотипного состава 1-2 промежуточных репродукций биотипному составу образца-оригинала: к-3446 (репродукция 1976г. Екатерининской ОС ВИР), к-3479 (репродукция 1977г. Устимовской ОС ВИР), к-4718 (репродукция 1978г. Московского отделения ВИР), к-4957 (репродукция 1978г. Устимовской ОС ВИР и репродукция 1992г. Екатерининской ОС ВИР), к-8077 (репродукция 1976г., Украина) (рис. 4). Вероятно, отличия в биотипном составе можно объяснить тем, что в процессе пересева произошло механическое или биологическое засорение, либо образцы были перепутаны. В дальнейшей работе (судя по биотипному составу) эти образцы не участвовали. Для пересевов брали другие образцы (иного года или места репродукции), которые в наибольшей степени соответствовали образцам-оригиналам. И, поэтому, последующие репродукции имели биотипный состав, сходный с таковым образца-оригинала. Следует отметить, что в настоящее время сложно проследить судьбу каждого из образцов, а именно то, какой из предыдущих образцов был взят для пересева. К сожалению, многие образцы не сохранились, так как в коллекции, в основном, хранятся образцы-оригиналы и их репродукции последних лет, а промежуточные репродукции в процессе работы изымаются и обезличиваются в целях экономии места. Так, например, для образца к г 4718 не сохранился образец, предшевствующий 1978 году репродукции, и, поэтому, мы не смогли его проанализировать.
Дифференциация генофонда староместных репродуцированных образцов овса посевного по спектрам авенина на основе анализа главных компонент (факторный анализ) и кластерного анализа
В подкластер с вошли пленчатые овсы: 3 возделываемых (низинная западно-европейская, степная, пиренейская группы) и 3 сорно-полевых (иранская группа и полбяные овсы).
Подкластер d состоит из пленчатых возделываемых овсов (степная, лесостепная и северо-скандинавская группы).
Подкластер е объединил пленчатые овсы: 9 возделываемых (низинная западно-европейская, южно-европейская, европейская желтозерная, лесостепная и северо-русские группы) и 4 сорно-полевых (иранская, армянская группы и полбяные овсы).
Довольно многочисленный подкластер f включил 27 пленчатых (16 возделываемых из низинной западно-европейской, южно-европейской, европейской одногривой, степной, лесостепной, восточно-сибирской, североскандинавской, пиренейской групп) и 11 сорно-полевых из иранской, армянской группы и полбяные овсы, и 2 голозерных образца овса из Монголии.
В подкластер g объединились пленчатые овсы: 6 возделываемых (низинная западно-европейская, южно-европейская, европейская желтозерная, европейская одногривая группа) и 3 сорно-полевых (полбяная группа).
Наименее многочисленный подкластер h составили 2 голозерных овса из Китая и один пленчатый возделываемый из северо-русской группы.
Внутри подкластеров выделяются мелкие подгруппы, которые формируют образцы наиболее близкие друг к другу, вплоть до групп с идентичными спектрами авенина. Таким образцам соответствует коэффициент по Dice равный единице, и они занимают на фенограмме одну позицию. Вероятно, это либо генетически близкие образцы, либо дублетные.
Расчет факторных нагрузок образцов овса методом главных компонент по данным анализа спектров авенина показал, что все исследуемые образцы овса разделились на 25 групп (Таблица 6). Из них шесть групп (№ 1 - 3, 5, 7, 9), включающие от 15 до 8 биотипов, были отнесены к основным. Остальные группы, содержащие от одного до пяти биотипов, условно названы минорными.
В наиболее многочисленную группу 1, содержащую 15 биотипов, вошли пленчатые овсы (как возделываемые, так и сорно-полевые): 9 образцов из России и по одному из Литвы, Польши, Ирана, Монголии и Испании. Группа 2 была менее многочисленной и содержала 8 пленчатых образцов (4 возделываемых и 4 сорно-полевых) из различных эколого-географических групп: низинной западно-европейской, степной, северорусской, пиренейской, полбяной, иранской. Основу группы 3 составили преимущественно пленчатые возделываемые овсы (северо-скандинавская, южно-европейская, восточно-сибирская, степная и лесостепная эколого-географические группы), к ним примкнули 2 пленчатых сорно-полевых овса из иранской группы (Грузия). В группу 5 объединились 9 пленчатых овсов (5
- сорно-полевых - иранская, армянская группы, и 4 - возделываемых степная, лесостепная, южно-европейская группы), и один голозерный (иранская группа). Группа 7 включала пленчатые овсы: 7 - возделываемых (южно-европейская, низинная западно-европейская, лесостепная, пиренейская группы) и 3 - сорно-полевых (армянская и полбяная группы). Группа 9 является достаточно многочисленной и разнородной по происхождению, включает пленчатые возделываемые и сорно-полевые овсы, а так же голозерные овсы. Группы 4, 6, 8, 10 - 25 были минорными и содержали от 5 до 1 биотипов. В группы 4, 8, 13, 17, 18, 20, 24 вошли пленчатые возделываемые овсы, в группы 10, 11, 15, 16, 21 объединились пленчатые сорно-полевые овсы различного эколого-географического происхождения, а в группы 12, 19
— голозерные. Группы 22 и 23 были смешанными и объединили пленчатые сорно-полевые (иранская, армянская группы) и возделываемые овсы (южно европейская, степная, северо-скандинавская группы). Группа 6 содержала 3 пленчатых возделываемых образца овса из лесостепной группы и один из европейский одногривый, а так же один голозерный образец.
