Том 20, № 3 (2022)
- Год: 2022
- Статей: 7
- URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/issue/view/5429
- DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen.203
От редакции
Современные исследования генетических ресурсов растений: в развитие научных школ и научных направлений, основанных при Н.И. Вавилове
Аннотация
Выпуск № 3 журнала «Экологическая генетика» посвящен 135-летию академика Николая Ивановича Вавилова, которое отмечается 25 ноября 2022 г. Н.И. Вавилов заложил основы системной работы с мировой коллекцией культурных растений и их диких родичей. Для проведения масштабных работ по изучению генетических ресурсов растений Н.И. Вавилов привлек в созданный им институт ученых-генетиков, биохимиков, физиологов. Отличительной особенностью развернутых масштабных и комплексных исследований генофонда ВИР стали подходы, позволившие проводить обобщения производимых наблюдений в свете наследственной изменчивости. Фундаментальные труды Н.И. Вавилова и его соратников в направлении комплексных исследований культурных растений позволили внести кардинальные преобразования во всей научно-производственной цепочке «коллекция – предселекция – селекция – семеноводство – производство». В настоящем выпуске представлен срез современных работ в области изучения генетических ресурсов растений, который демонстрирует преемственность и развитие на новом уровне направлений, основанных Н.И. Вавиловым и его соратниками.
Генетические основы эволюции экосистем
Генетическое разнообразие образцов ячменя из Монголии по устойчивости к обыкновенной злаковой тле
Аннотация
Актуальность. Значительный ущерб посевам ячменя в южных регионах Российской Федерации причиняет обыкновенная злаковая тля Sсhizaphis graminum Rondani. Возделывание устойчивых сортов — дешевый, эффективный и экологически безопасный способ борьбы с фитофагом. Специфичность отношений S. graminum с ячменем определяет необходимость расширения генетического разнообразия возделываемых сортов.
Цель — исследование эффективности и генетического контроля устойчивости образцов ячменя из Монголии к обыкновенной злаковой тле.
Материалы и методы. Изучили 175 образцов местного ячменя из Монголии по устойчивости к краснодарской популяции тли. Оценили поврежденность устойчивых линий, отобранных из гетерогенных образцов к-3885, к-3904 и к-4080, а также сорта Post (носителя идентифицированного ранее гена Rsg1), выделенными из популяции 86 клонами тли. В лабораторных условиях анализировали расщепление по устойчивости к тле гибридов F2 от скрещивания трех образцов из Монголии с восприимчивым тестером.
Результаты. Выделили 6 гетерогенных образцов, у которых выявлены растения с высокой устойчивостью к вредителю; у 28 образцов поврежденность листовой поверхности устойчивого компонента варьировала от 31 до 60 %. В результате оценки устойчивости четырех образцов ячменя к клонам S. graminum выявили 15 фенотипов вирулентности. Образцы к-3885, к-3904 и к-4080 имеют по одному доминантному аллелю устойчивости, которые различаются между собой и отличаются от Rsg1.
Выводы. Генетическое разнообразие образцов ячменя из Монголии по устойчивости к обыкновенной злаковой тле невысоко. Генотипы S. graminum дифференциально взаимодействуют не только с главными, но и со слабо проявляющимися генами устойчивости ячменя.
Поиск SNP-маркеров стрессоустойчивости в генах TaDREB1 и TaWRKY19 мягкой пшеницы в условиях Предуральской степной зоны
Аннотация
В условиях Предуральской степной зоны негативное влияние на урожайность мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) оказывают такие абиотические стрессовые факторы, как засуха и комплекс отрицательных воздействий зимнего периода. Однако эффективность селекции к данным стресс-факторам в полевых условиях ограничивается большими различиями в погодных условиях в разные годы. Для сохранения стрессоустойчивых форм в отбираемом материале может быть использована геномная селекция, однако SNP-маркеры засухоустойчивости и зимостойкости мягкой пшеницы, специфичные для данного региона, неизвестны. Цель данного исследования — выявление SNP-маркеров засухоустойчивости и зимостойкости в генах ключевых транскрипционных факторов мягкой пшеницы TaDREB1 и TaWRKY19, которые участвуют в регуляции устойчивости растений к абиотическим стрессам. В работе проанализированы 16 сортов и линий озимой и яровой мягкой пшеницы, контрастные по признаку зимостойкости и засухоустойчивости. ДНК из листьев пшеницы выделяли стандартным CTAB-методом. Далее подбирали праймеры, амплифицировали фрагменты открытых рамок считывания исследуемых генов и определяли нуклеотидные последовательности методом автоматического капиллярного секвенирования. Среди проанализированных образцов мягкой пшеницы было обнаружено 12 однонуклеотидных замен в гене TaDREB1 и 5 однонуклеотидных замен в гене TaWRKY19. С зимостойкостью была связана замена 866 T/A в гене TaDREB1, а замена 587 A/G в гене TaWRKY19 ассоциирована с зимостойкостью и засухоустойчивостью.
Использование генов R-nj, B1, Pl1 для улучшения маркерных свойств в селекции гаплоиндукторов кукурузы
Аннотация
Исследовано создание гаплоиндукторных линий с использованием различных методов тестирования гаплоиндукторной способности из генетической коллекции кукурузы ВИР. В результате проведенной работы созданы гаплоиндукторные линии кукурузы Ляоюй № 1, Ляоюй № 2, Ляоюй № 3 и Ляоюй № 4 с частотой гаплоиндукции 6,85, 7,53, 6,66 и 6,03 % соответственно с высокой степенью выраженности антоциановых маркеров, контролируемых генами R1-nj, В1, Pl1.
Эффективность молекулярных маркеров гена-супрессора SKr, определяющего скрещиваемость мягкой пшеницы с рожью посевной
Аннотация
Среди генов, участвующих в контроле скрещиваемости мягкой пшеницы с рожью посевной, наиболее изучен доминантный супрессор SKr (Suppressor of crossability), для него разработаны ДНК-маркеры, описано их успешное применение в селекции, однако практически нет данных об их диагностической эффективности при скрининге ex situ коллекций.
С целью оценки эффективности сцепленных с SKr ДНК-маркеров Xcfb341, TGlc2, gene12 и gene13 выявлять формы с высокой скрещиваемостью с рожью нами изучены 103 образца мягкой пшеницы из коллекции ВИР, различающихся по уровню завязываемости гибридных зерновок (0–93 %) при опылении рожью. Показана эффективность маркеров Xcfb341, TGlc2 и gene12 для выявления форм с высокой (более 15 %) скрещиваемостью. Для маркера gene13 достоверная ассоциация аллель – признак не обнаружена. По сочетанию фрагментов (аллелей) маркерных локусов у образцов определено 10 гаплотипов, из них пять в образцах из Китая, при этом два ассоциированы с высокой скрещиваемостью. Гетерогенность по маркерным профилям показана для 11 образцов, в том числе для линии Л6-ХСР, на которой экспериментально подтверждена связь диагностических фрагментов с наблюдаемым в поле уровнем скрещиваемости.
Изученные маркеры гена SKr могут быть использованы для поиска потенциально совместимых с рожью образцов в ex situ-коллекциях, для контроля сохранности рецессивных аллелей skr при репродуцировании семян образцов, а также в селекционных программах.
Влияние влажности воздуха на изменчивость морфологических признаков Vigna unguiculata (L.) Walp. в искусственных условиях
Аннотация
Vigna unguiculata — вид широко возделываемый в южных странах, занимающий по площади возделывания среди зернобобовых культур третье место в мире. Ее отличает устойчивость к засухе, нетребовательность к плодородию почвы, урожайность, питательность и прекрасные кулинарные качества бобов и семян. В последние годы в России возрос интерес к овощным сортам вигны, что требует создания новых сортов, адаптированных к выращиванию в разных регионах и пригодных к механизированному возделыванию.
Тип роста растений — один из важных признаков в селекции современных сортов вигны. Знание закономерностей изменчивости и стабильности этой характеристики и ее взаимосвязей с другими морфологическими признаками необходимо для эффективной реализации программ по селекции культуры.
Материалом для исследования послужили образцы вигны с разным типом роста. Растения выращивали в контрастных по влажности воздуха условиях — при 60 и 90 %. Анализировали 110 растений по 14 морфологическим признакам.
В ходе анализа было выявлено достоверное влияние влажности воздуха на изменчивость длины и ширины первого листа и способность растений к формированию вьющегося побега. Изменчивость длины второго междоузлия, боба и ширины среднего листочка зависела от индивидуальных особенностей генотипа. Варьирование длины растений было обусловлено комплексом факторов и взаимосвязано как с условиями роста, так и генотипическими свойствами растений. Кроме того, было выявлено нетождественное действие влажности воздуха на тип роста у разных образцов.
Особенности биохимического состава жизненных форм люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L.)
Аннотация
Актуальность. Люцерну хмелевидную используют как пастбищную, покровную, сидератную, противоэрозионную культуру для закрепления насыпей вдоль дорог и на отвалах горнодобывающей промышленности для фиторемедиации. В пределах вида были выделены группы с моно-, би- и поликарпическими формами, имеющими отличия морфологических признаков и особенностей онтогенеза, что предполагает возможное различие биохимических показателей в выделенных группах.
Цель исследования — изучение полиморфизма биохимических показателей разных жизненных форм люцерны хмелевидной.
Материалы и методы. Материалом для исследования послужили 20 образов люцерны хмелевидной различного происхождения из групп моно-, би- и поликарпических растений коллекции ВИР. Для исследования использовали свежесобранную зеленую массу растений. Оценку проводили по следующим биохимическим показателям: содержанию массы сухих веществ, белка, сахаров, аскорбиновой кислоты, общей кислотности, хлорофиллов, каротиноидов, каротинов, β-каротина, антоцианов. Статистическая обработка результатов включала вычисление основных параметров варьирования, дисперсионный анализ и дискриминантный анализ.
Результаты. Питательную ценность люцерны хмелевидной характеризовало содержание сырого белка и сахаров. Диапазон изменчивости белка составил от 11,94 до 19,69 мг на 100 г сырого вещества, сахаров — от 0,44 до 2,67 %. Выявлены различия у растений разных групп по содержанию сахаров. Содержание аскорбиновой кислоты оказалось наивысшим у пяти представленных сортов из группы поликарпических растений в сравнении с дикорастущими образцами и монокарпическим сортом Берегиня. Монокарпики выделяются по содержанию антоциана (19,5 ± 1,41 мг/100 г); по содержанию остальных пигментов достоверных различий не обнаружено.
Заключение. Результаты углубленного биохимического анализа образцов зеленой массы Medicago lupulina из коллекции генетических ресурсов растений ВИР демонстрируют высокую изменчивость биологически активных веществ и соединений — показателей устойчивости к стрессовым факторам среды, что помогает отбору исходного материала для селекции кормового направления.