Генетические основы устойчивости, цитогенетические и биохимические маркеры. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Генетическая однородность пшеницы с неэффективными генами расоспецифической устойчивости к микопатогенам в сочетании с характерной для последних способностью проявлять значительную вариабельность вирулентности и высокую частоту изменчивости повсеместно приводит к увеличению потерь урожая этой культуры от грибных болезней. Поэтому главный элемент в стратегии интегрированной защиты растений, направленной на снижение риска загрязнения окружающей среды фунгицидами, - это создание сортов с высокой и длительно сохраняемой устойчивостью. Обновляемый набор таких сортов, сохраняющих эффективность в различных агросистемах, при территориальном планировании их размещения в посевах позволил бы эффективнее обеспечивать защиту от микопатогенов и максимально долго поддерживать условия, не благоприятствующие распространению новых генов патогенности. Мы впервые выполнили комплексную оценку устойчивости к основным грибным патогенам у образцов разного эколого-географического и селекционного происхождения из трех коллекций - мировой коллекции ВИР (Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург), Краснодарского НИИ сельского хозяйства (КНИИСХ, юг России) и Московского НИИ сельского хозяйства «Немчиновка» (МНИИСХ, средняя полоса России). Целью исследований было изучение образцов озимой пшеницы и отбор источников и доноров устойчивости к неблагоприятным биотическим факторам, в том числе к наиболее известным и вредоносным возбудителям бурой ржавчины ( Puccinia triticina Eriks.), стеблевой ржавчины ( P. graminis Pers.), мучнистой росы ( Blumeria graminis (DC.) Speer f. sp. tritici Marchal.), септориоза ( Septoria tritici Rob. et Desm. и Stagonospora nodorum Berk.) из коллекций ВИР, КНИИСХ и МНИИСХ. Из 158 коллекционных сортов озимой мягкой пшеницы (по 100 растений для каждого сорта) полевую устойчивость к бурой ржавчине проявили 8,9 %, к стеблевой ржавчине - 5,1 %, к септориозу - 1,3 %. Устойчивых к мучнистой росе образцов пшеницы выявлено не было. На основании оценки всходов на устойчивость к бурой ржавчине в контролируемых условиях камер искусственного климата и взрослых растений - в инфекционном питомнике определили образцы пшеницы с возрастной и ювенильной устойчивостью. Установлены различия в поражаемости сортов озимой пшеницы украинской селекции в зависимости от зоны возделывания. Особую ценность для селекции имеют сорта с устойчивостью к двум и более патогенам. Сорта Юнона, Таня (КНИИСХ), Богданка (Белгородская обл.) проявили устойчивость к бурой и стеблевой ржавчине. Сорта Borvij, Zagrava odes'ka (Украина), Catalus (Германия) проявили признаки частичной устойчивости к бурой ржавчине и умеренную восприимчивость к септориозу. Особый интерес в качестве источников генов устойчивости к Septoria tritici и Stagonospora nodorum представляют сорта Gyrmyzy Gjul’ 1 (Азербайджан), Catalus (Германия). Образец KS 93450 (США) сочетал признаки частичной устойчивости к бурой ржавчине, умеренную восприимчивость к септориозу и устойчивость к стеблевой ржавчине. Указанные образцы могут быть рекомендованы для дальнейшего использования в селекции на устойчивость к перечисленным возбудителям.
Бесплатно
Изоферментный анализ эстераз в зрелых семенах гексаплоидной мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.)
Статья научная
Эстеразы - большая группа ферментов, катализирующих расщепление сложноэфирных связей. Обычно их разделяют на четыре типа: холинэстеразы (наиболее часто идентифицируются при традиционном электрофоретическом анализе), ацетилэстеразы, арилэстеразы и карбоксилэстеразы. Эстеразы растений катализируют превращение карбоксильных эфиров в биоактивные кислоты и спирты, благодаря чему играют ключевую роль во многих биологических процессах. Отсутствие эпистатических взаимодействий и кодоминантный характер наследования изоформ эстераз делают их значимыми для быстрого и доступного изучения процессов биохимической адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды. Этот тип маркеров удобен и для решения практических задач селекции в качестве средства, способного ускорить и упростить процесс отбора селекционно значимого материала. Целью настоящей работы была оценка изоферментного профиля эстераз, выделенных из зрелых семян, и установление полиморфизма между образцами перспективного селекционного материала у гексаплоидной пшеницы ( Triticum aestivum L.) по этому биохимическому маркеру. Исследовали зрелые семена сортов пшеницы селекции Московского НИИ сельского хозяйства «Немчиновка» (Московская обл.) - Злата, Любава, Агата, Лиза (яровые) и Мера (озимый); селекции Агрофизического НИИ (АФИ, г. Санкт-Петербург) - линии АФИ91 и АФИ177 (яровые), а также рекомбинантных инбредных линий картирующей популяции ITMI - 7, 10, 29, 32, 44, 47, 57, 83, 88, 89 и 115 (яровые). Семена размалывали в фарфоровой ступке, муку просеивали через сито. После экстракции ферментов образцы центрифугировали и отбирали надосадочную жидкость, затем осуществляли вертикальный нативный электрофорез. В качестве разделяющего использовали 8 % полиакриламидный гель, в качестве концентрирующего - 4 % полиакриламидный гель. Молекулярными маркерами служили окрашенные стандарты Page Ruler Prestained Protein Ladder («Thermo Scientific», Литва). По окончании электрофореза гель обрабатывали реактивом на неспецифическую эстеразу. Сканировали полученные электрофореграммы, оценивали индивидуальный электрофоретический профиль каждого образца, рассчитывали гетерозиготность и ее дисперсию. Эстеразный комплекс в исследованных семенах пшеницы был представлен 10 формами. У сортов Злата, Любава, Агата, Лиза и Мера выявили от 9 до 10 изоформ с разной электрофоретической подвижностью, у АФИ91 обнаружено 7, в АФИ177 - 8, у линий ITMI - от 7 до 10 изоформ эстераз. Для всех образцов было характерно наличие изоформ эстераз Est-8, Est-9 и Est-10. Гетерогенность отмечали только по качественному и количественному составу эстераз с большей молекулярной массой - Est-1, Est-2, Est-3, Est-4, Est-5, Est-6 и Est-7. Каждый из 18 сортов и линий обладал отличным от других образцов генотипом. Средняя гетерозиготность (H) образцов по 10 выявленным локусам, кодирующим изоформы эстераз, составила 0,924; дисперсия гетерозиготности для изученного набора образцов Var(H) = 0,0004. В результате исследований выделены наиболее перспективные селекционные родительские формы - сорта Злата, Мера и линии АФИ91, АФИ177, ITMI7, ITMI44, ITMI83 и ITMI115. Наличие 10 изоформ делает эстеразы гексаплоидной пшеницы удобным биохимическим маркером и позволяет проводить как физиолого-биохимические, так и генетико-селекционные исследования образцов гексаплоидной мягкой пшеницы.
Бесплатно
Статья научная
Фузариозное увядание льна, вызываемое преимущественно грибом Fusarium oxysporum f. lini, - одно из наиболее вредоносных и распространенных заболеваний культуры. Для повышения эффективности селекции прядильного и масличного льна на устойчивость к патогену необходим достаточный запас источников, обладающих эффективными R-генами. Создание моногенных по признаку устойчивости к заболеванию сортов льна позволит сократить срок их выведения и обеспечит существенное подавление болезни. В настоящем исследовании мы провели оценку образцов мирового генофонда Linum usitatissimum L. на устойчивость к высокоагрессивным моноизолятам Fusarium oxysporum f. lini, а также изучили влияние температурного фактора на экспрессивность R-генов устойчивости к фузариозному увяданию. Исследования проводили в 2006-2010 годах на 28 коллекционных образцах прядильного и масличного льна, характеризующихся высокой устойчивостью к популяции гриба F. oxysporum f. lini. В работе использовали высокоагрессивные моноизоляты и наиболее распространенные расы возбудителя. Для идентификации генов устойчивости был выполнен анализ гибридов F2 от скрещиваний изучаемых образцов с линиями, обладающими известными R-генами, на фоне с моноизолятом № 39 F. oxysporum f. lini. Закладку питомников и оценку материала осуществляли в естественных условиях вегетационного опыта (посев в ящики) и при регулируемом температурном режиме в климатической камере. Степень поражения растений льна фузариозным увяданием подсчитывали в фазу ранней желтой спелости. Проводили ранжирование сортов и коллекционных образцов по устойчивости к фузариозному увяданию. Было выделено 16 образцов прядильного и масличного льна, обладающих эффективными генами устойчивости к фузариозному увяданию. Реакция остальных 12 образцов на заражение различными изолятами указывала на недостаточную эффективность генов устойчивости к патогену, причем в зависимости от условий года наблюдалось усиление агрессивности отдельных рас возбудителя. Результаты гибридологического анализа подтвердили данные фитопатологического тестирования, указывающие на генетические различия образцов № 3896, л. 6 (Россия); Siciliana 285, л. 4 (Италия) и Honkej 21, л. 4 (Китай), устойчивость которых к фузариозному увяданию детерминировалась эффективными генами - соответственно Fu 4, Fu 7 и Fu 8. Установлено, что при температуре воздуха 26-28 °C в период всходы-«елочка» экспрессивность генов устойчивости к заболеванию может снижаться вследствие повышения агрессивности отдельных рас возбудителя. Экспрессивность гена Fu 7 была в значительной мере подвержена влиянию повышенных температур воздуха. При этом эффективность R-генов образца к-5657 (Minnesota, США) не зависела от температурного фактора. Использование в селекционном процессе прядильного и масличного льна новых источников, обладающих различными генами устойчивости к фузариозному увяданию, позволит избежать эпифитотий этого заболевания, а также будет способствовать стабилизации и дальнейшему росту урожайности и качества продукции льна.
Бесплатно
Статья научная
Повышение устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды относится к ключевым задачам современной сельскохозяйственной науки и производства. Томат ( Solanum lycopersicum L.) - культура, которая высокочувствительна к засолению. Понимание физиолого-биохимических и молекулярно-генетических адаптивных механизмов устойчивости растений томата к засолению как комплексного признака остается неотъемлемой составляющей многих фундаментальных исследований, результаты которых в последнее десятилетие все чаще находят практическое применение. Информация о влиянии хлорида натрия на мезоструктуру клеток различных тканей и органов у томата крайне ограничена. Целью настоящего исследования стало изучение мезоструктурной организации клеток эпидермиса и паренхимы коры гипокотиля двух хозяйственно ценных генотипов томата (селекционная линия ЯЛФ и сорт Рекордсмен), различающихся по солеустойчивости, в условиях хлоридного засоления in vitro. В эксперименте фрагменты асептических 10-12-суточных проростков томата с удаленными корнями переносили на агаризованную питательную среду Мурасиге-Скуга для индукции ризогенеза, которая содержала половинную концентрацию макро- и микросолей (1/2 МS), сахарозу (2 %) и 3-индолилмасляную кислоту (0,2 мг/л). В среду добавляли NaCl в концентрациях 0-250 мМ. На 8-е сут культивирования у укорененных проростков отбирали сегменты срединной части гипокотиля для проведения световой микроскопии. По результатам гистологического исследования были выявлены существенные различия между исследуемыми генотипами по размеру, а также форме эпидермальных и паренхимных клеток коры гипокотиля. Показано, что присутствие в среде ионов Na+ и Cl- значительно повлияло на размер межклетников в паренхиме коры гипокотиля, а также форму и площадь клеток эпидермиса и паренхимы у обоих генотипов томата. По сравнению с контролем (среда без добавления NaCl) достоверное уменьшение площади клеток эпидермиса (в 1,2 раза) и паренхимы коры (в 1,6 раза) гипокотиля у линии ЯЛФ наблюдалось уже в варианте 50 мМ NaCl. Уменьшение площади клеток этих типов тканей у сорта Рекордсмен происходило при большем содержании стрессового агента в питательной среде (100 и 150 мМ NaCl соответственно для клеток эпидермиса и паренхимы коры гипокотиля). При действии 250 мМ NaCl у линии ЯЛФ отмечалось резкое увеличение площади клеток в тканях обоих типов - до значений, которые существенно превышали таковые не только в других вариантах опыта, но и в контроле. Кроме того, в условиях сильного засоления у линии ЯЛФ происходило изменение формы клеток эпидермиса (они приобретали угловатые контуры) и паренхимы коры гипокотиля (сильное уплощение клеток). В отличие от линии ЯЛФ, у сорта Рекордсмен площадь эпидермальных и паренхимных клеток коры гипокотиля в условиях 0 и 250 мМ NaCl статистически значимо не различалась. Кардинальные различия между генотипами томата были установлены по площади межклеточного пространства в паренхимных клетках коры гипокотиля. В целом было установлено, что эпидермальные и паренхимные клетки гипокотиля томата сорта Рекордсмен менее чувствительны к присутствию в среде NaCl по сравнению с линией ЯЛФ. Выявленные изменения клеток по форме и размеру в этих типах тканей гипокотиля могут использоваться в качестве цитологических маркеров для сравнительной оценки генотипов томата по чувствительности и(или) устойчивости к засолению.
Бесплатно
