Изоферментный анализ эстераз в зрелых семенах гексаплоидной мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.)

Автор: Рудакова А.С., Рудаков С.В., Давыдова Н.В., Мирская Г.В., Журавлева Екатерина Васильевна, Чесноков Юрий Валентинович

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Генетические основы устойчивости, цитогенетические и биохимические маркеры

Статья в выпуске: 3 т.51, 2016 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Гексаплоидная мягкая пшеница, зрелые семена, изоферментный анализ, эстеразы

Короткий адрес: https://sciup.org/142213941

IDR: 142213941   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2016.3.327rus

Список литературы Изоферментный анализ эстераз в зрелых семенах гексаплоидной мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.)

  • Boulter D., Thurmann D.A., Turner B.L. The use of disc electrophoresis of plant proteins in systematics. Taxon, 1966, 15: 135-142 ( ) DOI: 10.2307/1217532
  • Shaw C.R. Isozymes: classification, frequency, and significance. Int. Rev. Cytol., 1969, 25: 297-332 ( ) DOI: 10.1016/S0074-7696(08)60206-5
  • Hart G.E. Genetics and evolution of multilocus isozymes in hexaploid wheat. Isozymes Curr. Top. Biol. Med. Res., 1983, 10: 365-380.
  • Brown A.H., Clegg M.T. Isozyme assessment of plant genetic resources. Isozymes Curr. Top. Biol. Med. Res., 1983, 11: 285-295.
  • Nevo E. Plant genetic resources: prediction by isozyme markers and ecology. Isozymes Curr. Top. Biol. Med. Res., 1987, 16: 247-267.
  • Cummins I., Burnet M., Edwards R. Biochemical characterization of esterases active in hydrolysing xenobiotics in wheat and competing weeds. Physilologia Plantarum, 2001, 113: 477-485.
  • Carvalho V.M., Marques R.M., Lapenta A.S., Machado M.F.P.S. Functional classification of esterases from leaves of Aspidosperma polyneuron M. Arg. (Apocynaceae). Genet. Mol. Biol., 2003, 26(2): 195-198 ( ) DOI: 10.1590/S1415-47572003000200013
  • Hou C.-J., He K., Yang L.-M., Huo D.-Q., Yang M., Huang S., Zhang L., Shen C.-H. Catalytic characteristics of plant-esterase from wheat flour. World J. Microbiol. Biotechnol., 2012, 28: 541-548 ( ) DOI: 10.1007/s11274-011-0845-9
  • Rejon J.D., Zienkiewicz A., Rodríguez-García M.I., Castro A.J. Profiling and functional classification of esterases in olive (Olea europaea) pollen during germination. Ann. Bot., 2012, 110(5): 1035-1045 ( ) DOI: 10.1093/aob/mcs174
  • Gershater M.C., Cummins I., Edwards R. Role of a carboxylesterase in herbicide bioactivation in Arabidopsis thaliana. J. Biol. Chem., 2007, 282: 21460-21466 ( ) DOI: 10.1074/jbc.M701985200
  • Cummins I., Edwards R. Purification and cloning of an esterase from the weed black-grass (Alopecurus myosuroides), which bioactivates aryloxyphenoxypropionate herbicides. Plant J., 2004, 39: 894-904 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-313X.2004.02174.x
  • Stuhlfelder C., Mueller M.J., Warzecha H. Cloning and expression of a tomato cDNA encoding a methyl jasmonate cleaving esterase. Eur. J. Biochem., 2004, 271: 2976-2983 ( ) DOI: 10.1111/j.1432-1033.2004.04227.x
  • Dogru E., Warzecha H., Seibel F., Haebel S., Lottspeich F., Stockigt J. The gene encoding polyneuridine aldehyde esterase of monoterpenoid indole alkaloid biosynthesis in plants is an ortholog of the alpha/betahydrolase super family. Eur. J. Biochem., 2000, 267: 1397-1406 ( ) DOI: 10.1046/j.1432-1327.2000.01136.x
  • Feng P.C.C., Ruff T.G., Kosinski W.G. Metabolic deactivation of the herbicide thiazopyr by animal liver esterases. Xenobiotica, 1995, 25: 27-35 ( ) DOI: 10.3109/00498259509061830
  • Barber H.N., Driscoll C.J., Vickery R.S. Enzymic markers for wheat and rye chromosomes. In: Proc. 8th Int. Wheat Genet. Symp. Aust. Acad. Sci., Canberra, 1968: 116-122.
  • Barber H.N., Driscoll C.J., Long P.M., Vickery R.S. Gene similarity of the Triticinae and the study of segmental interchanges. Nature, 1969, 22: 897-898 ( ) DOI: 10.1038/222897a0
  • Bergman J.W. Chromosome locations of genes controlling esterase and malate dehydrogenase isozymes in Triticum. PhD Diss. North Dakota State University, Fargo, 1972.
  • Jaaska V. Electrophoretic survey of seedling esterased in wheats in relation to their phylogeny. Theor. Appl. Genet., 1980, 56: 273-284 ( ) DOI: 10.1007/BF00282570
  • May C.E., Vickery R.S., Driscoll C.S. Gene control in hexaploid wheat. In: Proc. 4th Int. Wheat Genet. Symp. Columbia, 1973: 843-849.
  • Nakai I. Isoenzyme variations in Aegilops and Triticum. 3. Chromosomal basis of the esterase isozyme production in indifferent organs of Chinese Spring wheat. Bot. Mag., 1976, 89: 219-234 ( ) DOI: 10.1007/BF02488344
  • Cubadda R., Bozzini A., Quatrucci E. Genetic control of esterases in common wheat. Theor. Appl. Genet., 1975, 45: 290-293 ( ) DOI: 10.1007/BF00276681
  • Ainsworth C.C., Gale M.D., Baird S. The genetic control of grain esterases in hexaploid wheat. Theor. Appl. Genet., 1984, 68: 219-226 ( ) DOI: 10.1007/BF00266893
  • Davis B.J. Disc electrophoresis. II. Method and application to human serum proteins. Annals of the NY Academy of Sciences, 1964, 121: 404-427 ( ) DOI: 10.1111/j.1749-6632.1964.tb14213.x
  • Meon S. Protein, esterase and peroxidase patterns of phytophtora isolates from Cocoa in Malaysia. J. Islamic Acad. Sci., 1988, 1(2): 154-158.
  • Nei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics, 1978, 89: 583-590.
  • Вейр Б. Анализ генетических данных. М., 1995: 132-135.
  • Чесноков Ю.В., Почепня Н.В., Козленко Л.В., Ситников М.Н., Митрофанова О.П., Сюков В.В., Кочетков Д.В., Ловассер У., Бёрнер А. Картирование QTL, определяющих проявление агрономически и хозяйственно ценных признаков у яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) в различных экологических регионах России. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2012, 16(4/2): 970-998.
  • Чесноков Ю.В., Гончарова Э.А., Ситников М.Н., Кочерина Н.В., Ловассер У., Бёрнер А. Картирование QTL водного режима у яровой мягкой пшеницы. Физиология растений, 2014, 61(6): 855-863 ( ) DOI: 10.7868/S0015330314060049
  • Chesnokov Yu.V., Sitnikov M.N., Schumlyanskaya N.V., Kocherina N.V., Goncharova E.A., Kozlenko L.V., Syukov V.V., Kochetkov D.V., Lohwasser U., Börner A. Catalogue of recombinant inbred lines of mapping population ITMI of soft spring wheat Triticum aestivum L. (ecological and geographical trials and QTL mapping). IPK, VIR, St. Petersburg-Gatersleben, 2014.
  • Чесноков Ю.В., Артемьева А.М. Оценка меры информационного полиморфизма генетического разнообразия. Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(5): 571-578 ( , 10.15389/agrobiology.2015.5.571eng) DOI: 10.15389/agrobiology.2015.5.571rus
Еще
Статья научная