Генетические ресурсы, интрогрессия, иммунитет (к 130-летию со дня рождения Н.И. Вавилова). Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья обзорная
В последнее десятилетие получило развитие промышленное и пищевое использование топинамбура ( Helianthus tuberosus L.). В то же время значительно расширились площади под этой культурой, особенно в азиатских странах. В связи с этим исследования топинамбура сосредоточены на получении новых сортов, в том числе с высоким содержанием определенных биохимических компонентов в клубнях или листьях и стеблях. Использование топинамбура как источника биотоплива, пищевых волокон, а также заменителя сахара для людей, нуждающихся в инсулине, очень перспективно. Несмотря на большое число разновидностей топинамбура (более 300) в разных странах, его генетическое разнообразие не столь велико (P.P. Wangsomnuk с соавт., 2011; R. Puttha с соавт., 2013), поскольку все размножаемые сорта основаны на внутривидовых гибридах или отборе сеянцев от самоопыления. Кроме того, из-за очень низкой самофертильности топинамбура его селекция и генеративное размножение малоэффективны. Опыт многолетних исследований разнообразия и селекционной работы с топинамбуром во многих странах показывает, что желаемый результат может быть достигнут только на основе межвидовой гибридизации. Скрещивание топинамбура с подсолнечником позволяет передавать в новые поколения признаки и свойства исходных форм и добиваться их улучшения при гетерозисе (L. Natali с соавт., 1998; C. Breton с соавт., 2010). Таким образом, мы можем с большой уверенностью сказать о реальности селекции топинамбура по целевым признакам на основе межвидовой гибридизации. Имеющийся опыт позволяет обозначить наиболее актуальные программы селекции топинамбура, в частности создание сортов для продовольственного использования, получения сырья для пищевой промышленности, применения в лечебных целях, для переработки в инулин, для кормопроизводства, биоэнергетических, технических и экологических целей и т.д. (M. Baldini с соавт, 2004; G.J. Seiler с соавт., 2004; R. Puttha с соавт, 2012; S. Favale с соавт., 2014). Собранного исходного материала достаточно для всех направлений селекции. Как важный ресурс рассматривается мобилизация генофонда топинамбура из разных генбанков. Эффективным инструментом таких исследований служат молекулярно-генетические технологии.
Бесплатно
Статья научная
Задачи расширения генетического разнообразия селекционного материала и получения сортов картофеля, сочетающих высокую продуктивность с комплексной и групповой устойчивостью к патогенам, решаются на основе совместного использования межвидовой гибридизации и маркер-опосредованного отбора (MAS, marker-assisted selection). Нами выполнен молекулярный скрининг оригинальных гибридов от 11 комбинаций скрещиваний, полученных с участием мексиканских ( Solanum stoloniferum, S. guerreroense ) и южно-американских ( S. microdontum, S. tarijense, S. kurtzianum ) диких видов картофеля, и их потомств; S. guerreroense был вовлечен в селекционный процесс впервые. MAS существенно повышает эффективность работ по пирамидированию целевых генов устойчивости и, кроме того, позволяет контролировать распространение нежелательных генетических факторов, например интрогрессированного от S. stoloniferum митотипа g (W/g тип цитоплазмы), ассоциированного с мужской стерильностью сортов и гибридов. В настоящей работе показана возможность повысить эффективность интрогрессивной гибридизации культурного картофеля с мексиканскими полиплоидными видами S. neoantipoviczii (= S. stoloniferum ) и S. guerreroense на основе использования в молекулярном скрининге ДНК-маркеров различных типов цитоплазмы и маркеров, ассоциированных с R генами устойчивости к наиболее вредоносным патогенам картофеля. По результатам молекулярного скрининга были отобраны генотипы с различным сочетанием маркеров генов, детерминирующих устойчивость к фитофторозу ( R2 like, R3а, Rpi-blb1, Rpi-sto1 ), Y-вирусу картофеля (PVY) ( Ryadg, Rysto, Ry-fsto ) и золотистой картофельной нематоде ( Н1 ), и среди них выявлены клоны с высокой полевой устойчивостью к фитофторозу (7-8 баллов) и к YВК. Из 35 гибридных клонов, отобранных в разных комбинациях скрещиваний (исходными материнскими формами служили образцы полиплоидных мексиканских видов), 18 характеризовались мужской стерильностью и имели тип цитоплазмы W/g, стабильно передающийся по материнской линии. Остальные гибриды с цитоплазмой W/a типа формировали фертильную пыльцу. Часть из них использовали в скрещиваниях в качестве опылителей, что позволило получить многовидовые гибриды, объединяющие в одном генотипе маркеры генов устойчивости от разных мексиканских полиплоидных видов. Можно полагать, что при поиске источников устойчивости к патогенам в популяциях полиплоидных мексиканских видов целесообразно одновременно проводить отбор против генотипов, которые служат донорами стерилизующего типа цитоплазмы W/g, нежелательного для традиционной селекции. Отбор гибридных клонов с типом цитоплазмы W/a позволяет увеличить вероятность получения интрогрессивных форм с мужской фертильностью. Совместное использование двух систем молекулярных маркеров (ядерных, ассоциированных с R генами устойчивости, и цитоплазматических, детектирующих различные типы цитоплазмы) позволит повысить результативность подбора пар для скрещиваний, сокращая сроки и снижая затраты на перенос в один генотип целевых генов из разных источников.
Бесплатно
Местные сорта нута из центров происхождения культуры: разнообразие и различия
Статья научная
Нут (Cicer arietinum L.) - зернобобовая культура, которую называют инновационной для Российской Федерации. За последние пятнадцать лет его посевные площади в нашей стране возросли в 20 раз и достигли в 2015 году 420300 га. Возрастающий спрос на культуру определяет потребность в новых сортах. Одним из путей улучшения культуры может быть интрогрессия генов адаптивности из старых местных сортов, особенно из мест генетического разнообразия вида - центров его происхождения: первичного (Турция) и вторичного (Эфиопия). В представляемой работе впервые показаны различия фенотипических признаков староместных сортов нута в двух центрах его происхождения. Изучены 75 местных сортов из Турции и 24 - из Эфиопии, которые были собраны там около века назад и сохраняются в коллекции ВИР, по 15 морфологическим, фенологическим и агрономическим признакам. Как у турецких, так и у эфиопских образцов самым варьирующим признаком было число семян с растения ( Cv - соответственно 62,6 и 70,4 %) и число бобов с растения ( Cv - 62,2 и 63,0 %). Факторный анализ изменчивости признаков показал, что первые пять выявленных факторов обусловливают 78,9 % общей изменчивости признаков. Фактор 2 (22,0 % дисперсии) можно назвать фактором потенциальной семенной продуктивности. Анализ структуры связей в корреляционных плеядах выявил значительно более сильную сопряженность между всеми исследуемыми признаками у эфиопских образцов. Самыми сильными связями ( r ³ 0,9) выделялась плеяда семенной продуктивности и продолжительности вегетационного периода. Выявлена географическая приуроченность некоторых признаков у изученных образцов. Образцы из Эфиопии достаточно однородны: имеют мелкие, темные и угловатые семена, низкое прикрепление первого боба и низкую семенную продуктивность, отличаются скороспелостью. Турецкие образцы характеризуются большим разнообразием по всем изученным признакам, обнаруживая все их градации, описанные в дескрипторах нута. В этом регионе произрастали местные сорта, характерные для западного Средиземноморья, а также для территорий, граничащих с Турцией на востоке. Структура изменчивости и сила связей признаков различались у образцов из первичного и вторичного центров. Очевидно, что у растений, произрастающих в различных эколого-географических условиях, между признаками формируются специфические системы связей, отражающие наличие разных блоков коадаптированных генов и других интегрированных генных комплексов, определяющих адаптацию к определенной среде. Полезные признаки для селекции имеются в образцах из обоих центров происхождения и разнообразия нута.
Бесплатно
Статья научная
У зернового сорго ( Sorghum bicolor L. Moench) известны семь различных типов цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), однако в селекции используется лишь А1 (milo). Генетический контроль восстановления фертильности ЦМС А1 обусловлен действием двух или трех генов Rf ( Restoration of Fertility ), а также ряда модификаторов. Молекулярные механизмы ЦМС А1 и восстановления фертильности изучены очень мало. На молекулярном уровне до настоящего времени был идентифицирован только ген-кандидат Rf1 (R.R. Klein et al., 2005). В представленной работе мы впервые показали нуклеотидный полиморфизм в кодирующих последовательностях рецессивного и доминантного аллелей гена Rf2, а также гена-кандидата RFL-PPR, характеризующихся гомологией с геном Rf1 риса. Материалом служили образцы сорго из мировой коллекции ВИР (Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова): восстановители фертильности к-928 и к-929, полувосстановитель к-1362, стерильные линии А-10598 и А-83 (ЦМС А1) и их фертильные аналоги, устойчивые к Schizaphis graminum Rond. сестринские линии F8-F12 BC1-BC2, выделенные из гибридов от скрещиваний линии Н-81 (ЦМС А1) с линиями к-929 и к-928, а также гибриды между сестринскими линиями. Для изучения характера изменчивости генов-кандидатов, ассоциированных с генетической системой ЦМС- Rf, из биоинформационной базы данных (http://www.ncbi.nlm.hih.gov) отобрали четыре референсные последовательности, сконструировали восемь пар специфичных праймеров и секвенировали фрагменты, амплифицированные на ДНК генотипов, различавшихся по способности к супрессии фенотипа ЦМС. У линий ЦМС и восстановителей фертильности обнаружен значительный нуклеотидный полиморфизм (18 полиморфных сайтов) фрагмента кодирующей последовательности гена Rf2 длиной 825 п.н. (референсный фрагмент XM_002459403.1, хромосома SDI02), а также PPR -гена, локализованного в 3-й хромосоме (референсный фрагмент XM_002458104.1). Секвенированные участки структурного ядерного гена ALDH2b, кодирующего альдегиддегидрогеназу, - гомолога гена Rf2 кукурузы и митохондриального гена a-субъединицы АТФ-синтазы F0F1 у линий ЦМС и восстановителей фертильности оказались идентичными. Сравнение изменчивости показателей фертильности пыльцы с использованием окрашенных ацетокармином цитологических препаратов показало, что устойчивые к S. graminum линии, а также их гибриды различались по частоте формирования окрашенных (фертильных), аномально крупных (диаметром 54-70 мкм), гигантских (до 84 мкм) и деформированных пыльцевых зерен. Так, у фертильных линий F8-F12 BC1-BC2 на основе гибридов с к-929 и к-928 доля окрашенных пыльцевых зерен была относительно высокой, составив в первом случае 72,2-83,8 %, во втором - 57,4 и 63,4 % (у двух линий); крупные пыльцевые зерна с разной частотой встречались у пяти линий, гигантские - у двух. Наблюдавшаяся изменчивость может быть обусловлена различиями в аллельном составе генов Rf, полученных от рекуррентного родителя.
Бесплатно
Симбиотические взаимоотношения грибов Fusarium и Alternaria, колонизирующих зерно овса
Статья научная
Известно, что в естественной микобиоте зерна доминируют представители родов Fusarium и Alternaria. Также очевидно, что, обитая совместно на общем субстрате, они могут влиять друг на друга. В представленном исследовании мы впервые показали, что взаимоотношения между продуцирующими токсины грибами Fusarium и Alternaria, обитающими на зерне овса Avena L., имеют симбиотический характер. Селекционные сорта и перспективные линии овса (21 генотип) разного эколого-географического происхождения, сохраняемые в мировой коллекции ВИР (Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова), были оценены по зараженности грибами Fusarium и Alternaria с помощью количественной ПЦР (qPCR) и накоплению микотоксина дезоксиниваленола (ДОН). Наиболее зараженными грибами Alternaria и F. culmorum оказались генотипы Gere, Våler, КСИ 731/01 и КСИ 432/08. Максимальные количества микотоксина (до 1179 мкг/кг) были выявлены в зерне селекционной линии КСИ 432/08, а также сортов Belinda и Конкур. Самым устойчивым к заражению грибами Alternaria и F. culmorum при минимальном накоплении ДОН оказался сорт Стиплер. Генотипы овса c более крупным зерном сильнее подвергались заражению грибами, а генотипы с высоким показателем пленчатости содержали больше ДОН. При анализе образцов зерна была выявлена высокая достоверная связь между содержанием ДНК F. culmorum и ДНК видов Fusarium spp., способных продуцировать трихотеценовые микотоксины (Tri- Fusarium ) ( r = +0,67, p
Бесплатно
Статья обзорная
Растительно-микробное симбиотическое взаимодействие - это уникальная высокоспецифичная биологическая система фиксации атмосферного азота и его трансформации в соединения, доступные для живых организмов. Принципиально новым подходом может стать создание системы генетического мониторинга стабильности хозяйственно ценных штаммов симбионтов в микробиомах агроэкосистем. Сопоставление геномных характеристик симбиотически активных штаммов может позволить выявить функционально значимые маркерные последовательности и стать основой для создания такой системы. Симбиотически активные штаммы Sinorhizobium meliloti СХМ1-105 (СХМ1) и Rm1021 (Rm2011) применяются в качестве референтных в отечественных и зарубежных лабораториях, поскольку активно используются для разработки и/или адаптации широкого круга методов симбиогенетики. СХМ1-105 (СХМ1) и Rm1021 (Rm2011) получены на основе производственных штаммов 425а и SU47. Штамм 425а выделен из клубеньков люцерны в середине 1970-х годов в Алматинской области Казахстана, входящей в состав Среднеазиатского первичного центра происхождения культурных растений, описанного Н.И. Вавиловым. Штамм SU47 выделен из клубеньков люцерны в конце 1930-х годов в Австралии - вторичном центре разнообразия культурных растений. Геномы исходных штаммов, а также их производных состоят из хромосомы (SMc) и двух мегаплазмид (SMa, SMb) и не содержат криптических плазмид. У CXM1-105 в отличие от Rm1021 в геноме отсутствуют 508 белок-кодирующих открытых рамок считывания (open reading frame - ORF), из которых, как следует из данных, полученных с использованием ДНК-биочипов SM6kOligo, 242 локализованы на SMa, 121 - на SMb и 145 - на SMc. Это указывает на существенные структурные различия во всех трех репликонах референтных штаммов CXM1-105 и Rm1021. Хромосома СХМ1-105 (СХМ1) и 425а не содержит последовательностей фагового происхождения - так называемых геномных островов, описанных у Rm1021. Установлено, что 62 ORF геномных островов Rm1021 сходны или гомологичны таковым у представителей того же вида или рода, а также у филогенетически удаленных классов бактерий. Однако в структуре хромосомы СХМ1-105 имеются сайты для интеграции геномных островов (EU196757, EU196758 и EU196759), которые на 99-100 % гомологичны таковым у Rm1021 (Rm2011). Оценка распространенности штаммов S. meliloti, имевших типы хромосомы SMcRm1021 (наличие островов) или SMcСХМ1-105 (отсутствие островов) в природных популяциях показала превалирование первых в районе, относящемся к Среднеазиатскому генцентру, вторых - в зоне экстремально засоленных почв Приаралья (Р
Бесплатно
