Эколого-генетическая оценка морфологических и биохимических признаков качества у образцов коллекции Brassica rapa L. ВИР

Репа ( Brassica rapa L.) — широко распространенный на Земном шаре вид, который включает экономически важные скороспелые и продуктив-

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ ¹ 13-04-00128-а.

ные культуры (масличные, овощные, кормовые) с ценным химическим составом. Низкое содержание жиров и высокое — воды делает их малокалорийными, а значительное количество биологически активных веществ (витаминов, ферментов и др.) у культурных представителей вида положительно влияет на здоровье человека, стимулирует иммунную систему и препятствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Во Всероссийском институте генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) ведется поиск и привлечение в коллекции образцов B. rapa с улучшенными морфологическими и биохимическими признаками качества. Генетический анализ этих важных для человека количественных признаков (quantitative trait loci — QTL) возможен благодаря наличию у культур вида значительной генетической изменчивости. Биохимический состав растений в пределах вида B. rapa сильно варьирует (1-5). В последнее десятилетие установлены особенности накопления основных метаболитов, в том числе биологически активных веществ, у ранее малоизученных восточноазиатских капустных культур B. rapa , включая различные сортотипы (6, 7). Объяснение широчайшей изменчивости морфологических признаков у B. rapa предложено K. Lin с соавт. (8), обнаружившими уникальные гены у трех морфотипов B. rapa — корнеплодной репы и короткостадийной формы, геномы которых секвенировали и сравнили с геномом кочанной пекинской капусты.

Ранее (9-12) мы картировали локусы хромосом, отвечающие за проявление семи морфологических и пяти биохимических признаков качества в популяциях линий удвоенных гаплоидов листовых, корнеплодных и масличных культур вида B. rapa L. Всего (с учетом контроля одним локусом одних и тех же признаков в разных условиях выращивания или нескольких признаков одновременно) было картировано 140 QTL, детерминирующих формирование указанных хозяйственно значимых свойств у линий удвоенных гаплоидов B. rapa в полевых условиях и при выращивании в теплице. Установлены молекулярные маркеры, генетически сцепленные с изучаемыми QTL, дискутируется блочная геномная структура построения генетических компонент (локусов хромосом и групп сцепления), вовлеченных в экспрессию морфологических и биохимических признаков качества. Однако достигнутые результаты до конца не раскрывают характер наследования и молекулярно-генетический контроль этих признаков, представляющих интерес для изучения генетического разнообразия у вида B. rapa .

Отличительная особенность настоящей работы заключается в том, что впервые проведена многофакторная комплексная оценка морфологических и биохимических признаков качества, которые обусловливают потребительскую ценность растений B. rapa . Анализ геномов различных форм B. rapa с использованием молекулярно-генетических маркеров, находящихся в неравновесном сцеплении с QTL морфологических и биохимических признаков, позволил выявить перспективные образцы — генетические источники для селекции на качество у B. rapa . При этом найденные молекулярные маркеры могут служить эффективным инструментом при массовом скрининге образцов коллекции и селекционного материала.

Цель работы заключалась в морфологической, биохимической и молекулярно-генетической оценке коллекции Brassica rapa L. ВИР в различных эколого-географических зонах в полевых условиях и в теплице.

Методика . Исследовали 96 образцов разного происхождения из стержневой коллекции ВИР, отражающей ботаническое разнообразие вида B. rapa . Использовали таксономическое деление по C.E. Specht и A. Diederichsen (13), за исключением выделения ssp. sylvestris (Lam.) Janchen в отдельный от ssp. oleifera подвид. Все образцы оценивали в многолетних полевых испы-130

таниях в Пушкинском филиале ВИР (г. Санкт-Петербург) и на Южнокитайской опытной станции фирмы «Enza Zaden» (г. Гуанчжоу, провинция Гуандун, Китай) в 2010 году, а также в 2013-2016 годах в условиях зимней теплицы (Пушкинский филиал ВИР). Схема посева в полевых тестах 70½30 см, в теплице — 25½20 см. Морфологическое описание и биохимическую оценку растений проводили по представленным ранее методикам (3, 4, 14, 15), используя 20 растений каждого образца.

ДНК выделяли из молодых зеленых листьев растений по методике Д.Б. Дорохова и Э. Клоке (16). Молекулярно-генетический скрининг образцов методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводили согласно описанному ранее протоколу (17). В реакционную смесь (25 мкл) вносили 10½ инкубационный буфер (2,5 мкл), 0,5 мкл каждого dNTP (10 мМ), по 1 мкл праймера (10 пмоль/мкл), 0,5 мкл Taq ДНК-полимеразы (5 ед/мкл) («Сибэнзим», Россия) и 20 нг геномной ДНК. ПЦР-амплификацию осуществляли в ДНК-термоциклере («Bio-Rad», США) с индивидуальной программой для каждого типа маркеров в соответствии с базой данных генетических маркеров овощных культур . Результаты визуализировали при помощи ДНК-электрофореза в 1,8 % агарозном геле с окрашиванием бромистым этидием. Для регистрации паттернов использовали документационную систему («Bio-Rad», США).

Данные обрабатывали с помощью программы Statistica 6.0 («StatSoft Inc.», США). Использовали уровень значимости p ≤ 0,05.

Результаты . Образцы коллекции B. rapa (табл. 1) оценивали в условиях теплицы (посев 1 февраля) и в полевых тестах (посев в Гуанчжоу 25 мая, в Пушкине 25 июня) по ряду морфологических признаков качества, обусловливающих продуктивность и потребительскую привлекательность растений: длина, ширина, окраска, опушенность, характер поверхности ткани листовой пластинки, а также длина и ширина черешка наиболее развитого листа среднего яруса.

1. Список образцов стержневой коллекции вида Brassica rapa L. из мировой коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР )

Подвид, разновидность	Сортотип	Номер в каталоге ВИР	Название	Происхождение
ssp. pekinensis (Lour.) Hanelt	Дунганская	139	Дунганская	Казахстан
(пекинская)	Сяо	53	Местный	Казахстан
		74	Сяо-бай-коу	Китай
		89	Доу-образная раннеспелая	Китай
Чиримен		100	Hikoshima spring	Япония
Нагасаки		238	Nagoya Market	Япония
Шантунг		58	Би-це	Киргизия
		210	Kiriba Santo	Япония
		108	Местный	Китай
Касин		132	Kasin	Япония
		247	Хасинбечу	Корея
Чосен		122	Лен-син-дзон	Китай
		207	Chosen	Япония
Аити		63	Местный	Китай
		131	Aichi	Япония
Нозаки		111	Nozaki early	Япония
		327	Nozaki Harumaki	Япония
Кага		103	Kaga	Япония
		88	Цзюй-син-бао-тоу-бай-цай	Китай
Хоторен		127	Hotoren	Япония
Чи-фу		48	Wong-Bok	Нидерланды
		110	Matsushima	Япония
Кенсин		222	Kensin	Япония
Гранат		164	Michihli	Канада
		71	Хэ-тоу-вень	Китай
Да-цин-коу		56	Да-цин-коу	Китай
		128	Цужита	Япония
		198	Местный	Китай

Продолжение таблицы 1

ssp. chinensis (L.) Hanelt	Пиорбай	75	Пиорбай	Китай
(китайская)	Сыюсман	77	Сыюсман	Китай
		Вр.930	Майская 8	Китай
	Тайсай	46	Тай-на	Россия
		106	Янцай	Китай
		214	Nicanme Jukijiro Taisai	Япония
	Ю-тсай (var. utilis)	195	Местный	Китай
		203	Ching Pang Ju Tsai	Китай
var. rosularis (Tsen & Lee)	Та-гу-цай	84	Хэе-ю-та-цай	Китай
Hanelt (розеточная)		129	Та-гу-цай	Китай
var. narinosa (Bailey) Hanelt	Хризантемум	154	Chrysanthemum heart	Китай
(ноздреватая)		213	Bitamin na	Япония
var. purpuraria (Bailey) Bailey
(пурпурная)		391	Xing Yang	Китай
ssp. nipposinica (Bailey) Hanelt Мибуна		115	Mibuna	Япония
(японская)	Мизуна	159	Mizuna	Япония
		241	Shiroguki Kyona	Япония
ssp . rapa L. f. Komatsuna	Комацуна	215	Uzuki Komatsuna	Япония
(листовая репа комацуна)		242	Goseki Late	Япония
	Курона	264	Kurona	Япония
Японские листовые овощи	Мана	372	Bansei Mana	Япония
	Сирона	98	Osaka Market	Япония
		217	Okute Osaka Shirona	Япония
	Хиросимана	335	Hiroshimana	Япония
Стабильные гибриды между		96	Шантай	Китай
подвидами		302	Гурин Дэбюу	Япония
		331	White Long Petiole	Япония
		436	Benrina	Япония
ssp . rapa L.	Китайский	163	Местный	Китай
(репа корнеплодная)	Остерзундомский	307	Остерзундомский	Россия
	Бортфельдский	385	Бортфельдский	Украина
	Карельская	738	Карельская	Россия
	Гробовская	821	Гробовская	Россия
	Миланская белая	826	Миланская белая	Россия
	Петровская	830	Петровская	Россия
	Тельтовский	894	Тельтовская	Германия
	Норфолькский
	фиолетовоголовый	984	Норфолькский	Франция
	Волынский	1050	Волынский	Украина
	Золотой шар	1283	Золотой шар	Нидерланды
ssp . oleifera (DC.) Metzger		68	Местный	Китай
f. annua (сурепица яровая)		1	Kun Min ai u-zai	Китай
		2	Hue Zin u-zai	Китай
		11	Gute	Финляндия
		13	Местный	Аргентина
		25	Zsjan Su U uan-uzai 5082	Китай
		63	Pahsi	Индия
		106	Lotni mustard	Индия
		108	Arlo	Швеция
		114	Local (tetraploid)	Пакистан
		163	LGL	Пакистан
		192	Mustard	Непал
		248	Local	Испания
		251	Vat-cawte	Танзания
		301	BHLS	Непал
		339	Jui-cai-tai	Китай
		374	Local 88/47	Бутан
ssp . oleifera (DC.) Metzger		166	Root mustard	Тунис
f. biennis (сурепица озимая)		337	U-zai-zsi	Китай
ssp . dichotoma (Roxb.) Hanelt		53	Local toria	Индия
(коричневый сарсон)		100	Local	Непал
		135	Ds 17	Индия
		161	Toria selection	Пакистан
		205	Sarson	Пакистан
ssp . trilocularis (Roxb.) Hanelt		131	Type 1	Индия
(желтый сарсон)		188	Palton sarson 66	Индия
		299	Sangam	Индия
		338	Chen-du-ai-u-zai	Китай
ssp . sylvestris (Lam.) Janchen		176		Италия
(сурепица лесная дикая)		218	Nabo silvestre	Перу

Установлено, что средняя по коллекции длина и ширина листовой пластинки в полевых условиях в Китае и при выращивании в Пушкин-132

ском филиале ВИР различались несущественно, тогда как в теплице размеры листовой пластинки оказались значительно меньше (табл. 2). В то же время в условиях Китая размеры листовой пластинки были существенно больше у китайской капусты, ноздреватой и пурпурной капусты (все культуры южно-китайского происхождения), а также у корнеплодной репы; незначительно больше — у южно-китайской розеточной капусты и сурепицы. Размеры листовой пластинки у пекинской капусты и листовой репы, а также длина пластинки у японской капусты оказались больше при выращивании в условиях Ленинградской области. Очевидно, это вызвано, очень высокими летними температурами в Южном Китае (35 ° С и выше), лимитирующими быстрый рост вегетативных органов у некоторых культур. У пекинской капусты размеры листовой пластинки достоверно превышали средние по популяции: в полевых тестах в Китае, Пушкине и в условиях теплицы длина составляла соответственно 38,22±1,61; 41,82±1,03 и 31,87±0,71 см, ширина — 19,33±0,80; 25,02±0,78 и 16,02±0,45 см. Размер листа у листовой репы в полевых условиях также превышал средние значения по коллекции, в теплице — не отличался от среднего для вида. Листовая пластинка у культурной сурепицы была значительно меньше (на 3040 % независимо от условий выращивания), чем в среднем по популяции, а дикая сурепица и розеточная капуста выделялись наименьшими размерами. Листовые пластинки у пекинской, китайской, ноздреватой капусты, репы, культурной сурепицы в полевых условиях были на 5-12 см длиннее и шире, чем в теплице, у розеточной и японской капусты, а также дикой сурепицы в тех же условиях — практически не различались по размеру.

• 2.    Средние размеры листа у культур вида Brassica rapa L. в контрастных условиях

• 3.    Образцы вида Brassica rapa L., выделившиеся по размеру продуктовых органов в контрастных условиях

  Образец, номер по каталогу ВИР

  
  

  Длина пластинки, см полевой опыт П,

  К I П теплица

  
  

  Ширина пластинки, см полевой опыт П,

  К I П теплица

  
  

  Длина черешка, см полевой опыт П,

  К I П теплица

  
  

  Kiriba Santo, к-210

  Chosen, к-207 Среднее по культуре

  Тай-на, к-46

  Nicanme Jukijiro

  Taisai, к-214

  Среднее по культуре

  Goseki Late, к-242

  Bansei Mana, к-372 Среднее по культуре

  
  

  П е ки н с к ая к апу ст а (бесчерешковая культура) 55,0±2,6 45,9±3,3 36,3±4,2 22,0±1,7 22,6±1,5 14,8±1,2 50,6±2,8 42,1±2,1 37,9±2,7 25,6±2,4 20,2±1,9 18,1±2,6 38,2±1,6 41,8±1,0 31,8±0,7 19,3±0,8 25,0±0,8 16,0±0,4

  Китайская капуста

  24,2±2,3 22,8±2,7 16±3,1  19,0±2,6 18,2±2,2 13,8±2,8 13±1,8 22,8±3,0

  
  

  26,5±2,8 23,3±2,5 12,9±2,8 21,5±1,4 18,1±1,8 10,3±1,6 25,4±2,4 19,5±2,7

  26,1±2,5 21,3±1,1 16,1±1,2 19,2±1,3 16,3±1,1 11,2±0,6 16,0±1,8 15,4±1,7

  Листовая репа

  40,3±3,7 40,5±2,9 25,9±3,2 21,5±2,8 23,1±2,0  9,5±1,9 16,6±2,3 11,5±2,2

  50,4±3,2 45,2±3,6 22,6±2,6 36,8±3,4 26,9±2,6 15,4±1,4  9,1±2,1  9,8±2,1

  27,6±2,1 33,8±2,6 21,8±1,0 18,7±1,2 23,5±1,3 12,4±0,7 14,8±1,8 12,7±1,7

  
  

  16,7±2,5

  17,1±2,0

  12,3±1,3

  9,6±1,6

  8,4±1,2

  11,1±0,9

  
  

  П р и м еч а ни е. К — Южный Китай, г. Гуанчжоу (провинция Гуандун), П — Пушкинский филиал

  
  

  Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова — ВИР, г. Санкт-Петербург. Полевые опыты выполняли в Китае в 2010 году, в Пушкине в 1997-2016 годах, эксперименты в условиях теплицы — в 2013-2016 годах. Латинские обозначения культур см. в таблице 1. Результаты получены при анализе 96 образцов из стержневой коллекции ВИР. Приведены средние ( Х ) и ошибки средних (±S x ).

  
  

	Длина, см			Ширина, см
Культура	полевой опыт		П,	полевой опыт		П,
	К	П	теплица	К	П	теплица
	Ли	стовая пластинка
Пекинская капуста	38,22±1,61	41,82±1,03	31,87±0,71	19,33±0,80	25,02±0,78	16,02±0,45
Китайская капуста	26,10±2,58	21,36±1,08	16,13±1,16	19,20±1,30	16,33±1,06	11,18±0,58
Розеточная капуста	14,50±0,50	12,30±2,00	13,93±1,11	11,50±0,50	10,45±1,05	10,05±1,03
Ноздреватая и пурпурная
капуста	24,70±1,86	21,50±1,98	16,73±0,42	22,30±2,61	18,60±0,38	11,17±0,42
Японская капуста	18,00±3,06	24,63±2,20	24,10±7,03	9,67±2,40	9,50±3,10	8,37±1,19
Репа	24,78±3,14	19,12±1,39	19,10±0,83	19,00±1,78	12,26±0,91	15,95±0,95
Листовая репа	27,58±2,09	33,84±2,63	21,79±1,01	18,75±1,22	23,51±1,32	12,45±0,67
Сурепица	19,04±1,13	16,67±0,52	12,75±0,48	13,72±0,64	12,96±0,47	10,38±0,40
Сурепица дикая	13,50±0,50	11,50±1,00	14,03±2,01	11,50±0,50	9,50±0,50	11,85±1,86
Среднее по коллекции	25,75±1,09	26,34±1,20	20,63±0,85	16,92±0,53	17,61±0,67	12,85±0,35
НСР 05	3,31	3,62	2,55	1,60	2,04	1,05
		Черешок
Китайская капуста	16,00±1,79	15,41±1,74	12,35±1,35	3,33±1,39	3,39±0,23	2,06±0,09
Розеточная капуста	9,00±2,01	10,50±0,10	12,28±1,65	2,20±0,25	1,95±0,35	1,51±0,09
Ноздреватая и пурпурная
капуста	21,00±1,53	13,87±1,25	15,73±1,73	3,67±0,34	3,40±0,15	1,64±0,08
Японская капуста	16,30±2,17	14,43±0,66	15,76±3,06	0,97±0,03	1,10±0,15	1,03±0,09
Репа	21,25±1,36	23,39±1,04	30,90±2,54	2,00±0,29	1,63±0,15	1,44±0,09
Листовая репа	14,80±1,84	12,68±1,66	11,11±0,95	2,90±0,28	3,81±0,32	1,97±0,14
Сурепица	16,20±0,85	15,63±0,58	14,71±0,80	1,10±0,07	1,16±0,10	0,71±0,05
Сурепица дикая	14,00±3,01	10,50±0,50	15,15±3,16	0,90±0,10	0,75±0,25	0,64±0,13
Среднее по коллекции	16,53±0,64	16,07±0,65	16,33±1,37	1,98±0,14	2,04±0,13	1,29±0,07
НСР 05	1,93	1,95	4,11	0,43	0,41	0,22
П р и м е ч а н и е. К — Южный Китай,		г. Гуанчжоу	(провинция	Гуандун), П — Пушкинский филиал

Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова — ВИР, г. Санкт-Петербург. Полевые опыты выполняли в Китае в 2010 году, в Пушкине в 1997-2016 годах, эксперименты в условиях теплицы — в 2013-2016 годах. Латинские обозначения культур см. в таблице 1. Результаты получены при анализе 96 образцов из стержневой коллекции ВИР. Приведены средние ( Х ) и ошибки средних (±S x ).

Средняя по популяции длина черешка при всех условиях выращивания была стабильной, ширина черешка в условиях юга Китая и Ленинградской области разнились незначительно, но в теплице оказалась суще- ственно меньше (см. табл. 2). У пурпурной и ноздреватой капусты, японской капусты, листовой репы и дикой сурепицы длина черешка в условиях юга Китая была значительно больше, чем в Ленинградской области, у культурной сурепицы — незначительно больше, у репы и розеточной капусты — меньше. В теплице у китайской капусты, листовой репы и сурепицы черешок был короче, чем в поле, у остальных культур — длиннее (у репы — в 2 раза длиннее среднего по популяции). Все образцы пекинской капусты имели цельные сидячие листья без черешка. Длинный, относительной широкий черешок был характерен для корнеплодной репы, ноздреватой и японской капусты (на 15-30 % длиннее среднего значения по коллекции), короткий — для розеточной капусты. У образцов длина черешка в полевых условиях и в теплице в основном различалась незначительно (на 1-4 см), за исключением японской капусты и корнеплодной репы, у которых черешок в теплице оказался на 10-15 см длиннее, чем в полевых условиях. Самый широкий черешок обнаружили у образцов китайской и ноздреватой капусты и листовой репы, тонкий — у японской капусты и сурепицы. В полевых тестах черешок был достоверно шире у всех культур, за исключением японской капусты и дикой сурепицы.

Поверхность листовой пластинки у образцов коллекции различалась в зависимости от ботанической принадлежности генотипа — от гладкой до складчатой или слабо-, средне- и сильноморщинистой, характер опушения варьировал (от отсутствия до сильной степени проявления), окраска пластинки изменялась от светло- до темно-зеленой.

В стержневой коллекции в качестве генетических источников мы выделили образцы, у которых размеры продуктовых органов были достоверно выше среднепопуляционных показателей (табл. 3). При этом у ряда образцов в контрастных условиях испытания длина и ширина листовых пластинок и черешков стабильно превышала средние значения для культуры, что свидетельствует о высокой адаптивной способности. Незначительную изменчивость по этим признакам отмечали у образцов пекинской капусты Kiriba Santo, Chosen, китайской капусты Тай-на, Nicanme Jukijiro Taisai, местной китайской репы (к-163), формирующей товарный корнеплод и листовую розетку высокого салатного качества. Настоящее исследование подтвердило, что для выращивания в теплице более подходят листовые и полукочанные сорта пекинской капусты в отличие от типично кочанных сортов, о чем сообщалось ранее (6); адаптивные свойства коллекционных образцов других культур вида при сравнительных испытаниях в теплице и в полевых условиях нами оценены впервые.

Отсутствие опушения и яркая окраска повышают потребительские качества листовых культур B. rapa . У выделившихся образцов опушение отсутствовало или проявлялось очень слабо, а окраска листовой пластинки варьировала от ярко-светло-зеленой до ярко-темно-зеленой.

Биохимические исследования показали (табл. 4), что содержание сухого вещества в среднем по стержневой коллекции вида B. rapa в полевых условиях составляло 7,77±0,25 % и достоверно превышало аналогичный показатель в теплице — 5,36±0,15 %, причем у всех культур, кроме пекинской капусты, превышение было значительным — на 30-140 % (см. табл. 4). Содержание сухого вещества достоверно различалось у разных культур вида и колебалось от 5,65 % у пекинской капусты до 11,24 % у листовой репы в полевых опытах и от 4,44 % у китайской капусты до 6,62 % у репы в теплице. Таким образом, амплитуда изменчивости по содержанию сухого вещества в полевых условиях была значительно больше, чем в теплице.

• 4.    Содержание (Х±Sх) питательных и биологически активных веществ у культур вида Brassica rapa L. при разных условиях произрастания

  Культура	Сухое вещество, %	Белок, %	Аскорбиновая кислота, мг/100 г	Хлорофилл, мг/100 г		Каротиноиды, мг/100 г	β -Каротин, мг/100 г
  				а	b
  Капуста: пекинская	5,65±1,47	В п о л е в ы х у с л о в и я х (2006-2016 годы) 23,73±3,86 50,45±14,82 26,21±12,04 11,72±5,94				10,30±4,28	1,82±0,85
  китайская	9,99±1,91	24,85±2,73	65,21±13,36	64,51±11,96 29,03±9,87		17,60±3,62	4,12±0,67
  розеточная	9,41±1,98	27,80±3,24	58,03±13,69	98,87±9,06	55,46±6,79	18,74±2,05	6,34±0,63
  ноздреватая и пурпурная	8,36±3,29	29,09±2,00	46,24±5,93	74,71±4,91	37,69±6,83	16,18±2,58	4,56±0,19
  японская	9,17±0,10	23,49±3,01	46,24±1,36	86,47±6,86	40,73±5,54	21,43±3,50	5,39±0,26
  Репа: корнеплодная, листья	8,81±1,62	24,66±3,82	71,91±10,29	78,26±25,09 43,16±20,32		15,56±4,75	4,89±1,53
  листовая	11,24±3,67	21,35±1,28	77,52±10,26	98,61±4,12	47,15±3,83	20,71±10,1	6,24±0,83
  Сурепица	7,45±1,34	27,95±3,13	69,74±21,15	81,83±11,69 47,29±14,08		12,99±4,30	5,05±0,89
  Сурепица дикая	10,64±0,73	17,99±1,04	68,68±4,80	75,25±0,64	41,09±1,09	10,77±1,02	4,55±0,03
  Среднее по коллекции	7,77±0,25	24,87±0,39	58,70±1,65	59,06±3,27	30,63±2,09	14,06±0,55	3,77±0,19
  НСР 05	0,77	1,17	4,95	9,83	6,29	1,64	0,56
  Капуста: пекинская	4,84±0,08	31,06±0,48	В теплиц 35,00±1,44	е (2014 год) 48,15±2,54	18,23±1,32	23,07±0,76	2,97±0,16
  китайская	4,44±0,13	24,12±0,98	30,00±4,21	73,30±4,49	36,03±2,88	27,85±3,78	4,46±0,30
  розеточная	4,72±0,28	23,65±0,90	19,00±3,01	63,22±0,78	33,34±0,33	20,46±0,56	4,09±0,01
  ноздреватая и пурпурная	5,40±0,18	20,46±0,58	19,00±1,15	64,11±5,09	36,77±3,63	16,93±3,38	3,78±0,31
  японская	5,44±0,12	27,23±1,51	38,00±5,20	87,60±6,67	37,41±3,47	36,39±2,42	5,45±0,38
  Репа: корнеплодная, листья	6,62±0,17	25,32±0,67	15,00±0,63	77,26±4,03	50,29±3,46	14,65±1,08	4,70±0,26
  листовая	4,46±0,23	27,36±0,98	37,00±4,54	57,62±5,23	27,85±6,78	25,19±2,81	3,56±0,30
  Сурепица	6,08±0,14	27,69±0,55	20,00±0,53	65,70±1,45	46,11±2,37	11,79±0,56	4,02±0,07
  Сурепица дикая	5,80±0,28	25,32±2,98	21,00±0,71	78,24±9,88	56,08±12,01	15,28±4,28	4,73±0,49
  Среднее по коллекции	5,36±0,10	27,50±0,40	27,03±1,16	63,24±1,71	35,15±1,72	19,77±0,94	3,88±0,10
  НСР 05	0,29	1,2	3,47	5,12	5,16	2,81	0,31
  П р и м е ч а н и е. Содержание белка указано в расчете на сухую, биологически активных веществ – на

сырую массу. Испытания проводились в Пушкинском филиале Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР, г. Санкт-Петербург). Латинские обозначения культур см. в таблице 1. Результаты получены при анализе 96 образцов из стержневой коллекции ВИР.

По белку мы не выявили подобных закономерностей: в полевых опытах его содержание было значительно ниже среднего по коллекции у дикой сурепицы и значительно выше — у ноздреватой и пурпурной капусты (см. табл. 4), а в теплице у ноздреватой капусты, наоборот, отмечали 135

наименьший показатель при наибольшем у пекинской капусты. В среднем по коллекции содержание белка повышалось в теплице, однако размах изменчивости признака (11 %) сохранялся независимо от условий произрастания. У китайской капусты, репы и сурепицы содержание белка при сравнительных испытаниях было практически стабильным, у пекинской и японской капусты, листовой репы и сурепицы — оказалось выше в теплице, у розеточной, ноздреватой и пурпурной капусты — в полевых условиях. В отношении последней группы растений причина, возможно, связана с их относительно медленным ростом или с характерным проявлением анализируемого признака, общим для указанных ботанически близких культур.

Культуры вида B. rapa — важные источники аскорбиновой кислоты, каротиноидов, хлорофиллов. В наших исследованиях содержание аскорбиновой кислоты у образцов B. rapa варьировало достаточно широко: минимальные значения соответствовали средним для белокочанной капусты, максимальные превосходили их в несколько раз. В среднем по коллекции показатели были в 2 раза выше в полевых условиях (58,7±1,65 против 27,03±1,16 мг/100 г), и эту закономерность отмечали для всех культур, за исключением японской капусты, у которой разница оказалась не такой значительной. Напротив, содержание аскорбиновой кислоты у розеточной и ноздреватой капусты, корнеплодной репы и сурепицы при выращивании в поле было выше в 3 раза и больше, чем в теплице. Наибольшее накопление аскорбиновой кислоты в поле наблюдали у китайской капусты, репы и сурепицы, в теплице — у пекинской и японской капусты и листовой репы.

В среднем по коллекции каротиноиды достоверно активнее накапливались в условиях теплицы (19,77±0,94 против и 14,06±0,55 мг/100 г, НСР₀₅ соответственно 2,81 и 1,64). Это особенно важно в зимний и весенний периоды, когда пища бедна витаминами. Самым богатым источником каротиноидов были тепличные растения японской капусты, затем следовала китайская капуста, дикая сурепица и листовая репа. В полевых условиях по этому признаку выделялись образцы японской, китайской, розеточной капусты и листовой репы. У пекинской капусты и дикой сурепицы превышение количества каротиноидов в теплице было более чем 2-кратным относительно регистрируемого в поле. У розеточной, ноздреватой и пурпурной капусты, сурепицы и репы количество каротиноидов оказалось относительно стабильным. Примерно 20 % фракции каротиноидов составляют каротины. Собственно каротин на 80-90 % представлен β -формой. В среднем содержание β -каротина мало различалось (в теплице и в поле — соответственно 3,88±0,1 и 3,77±0,19 мг/100 г). Его накопление было стабильным у китайской и японской капусты, репы, дикой сурепицы, у пекинской капусты оно было достоверно выше в теплице (2,97±0,16 против и 1,82±0,85 мг/100 г, НСР₀₅ соответственно 0,56 и 0,31), у розеточной, ноздреватой и пурпурной капусты, листовой репы — в поле, а максимальным накоплением характеризовалась японская, китайская и розеточная капуста.

Хлорофилл играет значительную роль в диетическом питании: употребление в пищу зеленых листьев повышает количество гемоглобина и эритроцитов в крови. В среднем по коллекции содержание хлорофиллов a и b было несущественно выше в теплице (сумма 63,24±1,71 и 35,15±1,72 против суммы 59,06±3,27 и 30,63±2,09 мг/100 г). Практически стабильное содержание хлорофиллов (особенно хлорофилла а) при обоих способах выращивания отмечали у японской капусты, репы и дикой сурепицы, повышение показателя в теплице — у пекинской и китайской капусты, в поле — у розеточной и ноздреватой капусты, листовой репы и сурепицы. При недостатке свежих салатных овощей в зимне-весенний период в теплицах 136

выращивают главным образом быстро растущие культуры (пекинскую и китайскую капусту), ценность которых, таким образом, повышается благодаря способности накапливать зеленые пигменты в этих условиях. В качестве тепличных культур можно также рекомендовать розеточную, ноздреватую, японскую капусту и листовую репу, значительно превосходящие пекинскую капусту по содержанию хлорофиллов (их максимальное количество отмечали у розеточной и японской капусты и листовой репы).

Проведенный корреляционный анализ биохимических признаков показал, что количество сухого вещества достоверно и однонаправленно связано с содержанием хлорофиллов, каротинов и β -каротина, независимо от условий культивирования (табл. 5). Взаимозависимость между содержанием сухого вещества и аскорбиновой кислоты, а также каротиноидов была существенной, но разнонаправленной (прямая — в полевых условиях, обратная — в теплице). В полевых условиях выявили значимую обратную связь между содержанием сухого вещества и белка, в условиях теплицы — между содержанием аскорбиновой кислоты и хлорофилла b (обратная зависимость), каротиноидов, белка (прямая зависимость). Высокодостоверной была взаимозависимость между количеством хлорофиллов a и b, а также их связь с накоплением каротиноидов и каротинов (особенно β -каротина). Существенную корреляцию отмечали между содержанием каротинов и β -каротина. Таким образом, образцы, сочетающие высокое содержание хлорофиллов и каротинов, можно получить достаточно легко, тогда как селекция на одновременно высокое содержание белка и аскорбиновой кислоты будет вызывать затруднения.

5. Коэффициенты корреляции между биохимическими признаками качества у культур вида Brassica rapa L. при разных условиях произрастания

Показатель Показатель	СВ	АК	Ха	Хb	Кд	Ка	β -К	Б
	В п о л е в ы х у с л о в и я х (2006-2016 годы)
Сухое вещество (СВ)		0,51*	0,59*	0,36	0,55*	0,67*	0,59*	- 0,49*
Аскорбиновая кислота (АК)			0,29	0,26	- 0,02	0,33	0,30	- 0,39
Хлорофилл а (Ха)				0,93**	0,59*	0,49*	0,99**	0,16
Хлорофилл b (Хb)					0,32	0,37	0,92**	0,28
Каротиноиды (Кд)						0,49*	0,63*	0,09
Каротины (Ка)							0,49*	0,01
β -Каротин ( β -К)								0,16
Белок (Б)
		В т е п л и ц е (2014 год)
Сухое вещество (СВ)		- 0,59*	0,31	0,58*	- 0,53*	0,71**	0,36	- 0,02
Аскорбиновая кислота (АК)			- 0,11	- 0,59*	0,83**	- 0,42	- 0,09	0,58*
Хлорофилл а (Ха)				0,74**	0,21	0,67*	0,95**	- 0,31
Хлорофилл b (Хb)					- 0,48*	0,87**	0,64*	- 0,37
Каротиноиды (Кд)						- 0,36	0,29	0,22
Каротины (Ка)							0,63*	- 0,18
β -Каротин ( β -К)								- 0,25

Белок (Б)

П р и м е ч а н и е. Испытания образцов из стержневой коллекции ВИР проводились в Пушкинском филиале Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР, г. Санкт-Петербург). *, ** Значимые (p < 0,05) и высокозначимые (p < 0,001) коэффициенты корреляции.

На основании полученных данных мы определили новые генетические источники изучаемых биохимических признаков при выращивании в полевых условиях и в теплице с содержанием сухого вещества соответственно 5,44-7,03 и 4,20-5,40 % (выше среднего значения для культуры), белка — 12,61-24,66 и 24,12-33,23 %, аскорбиновой кислоты — 32,56-46,46 и 30,00-61,47 мг/100 г, хлорофилла a — 33,35-110,64 и 53,82-95,99 мг/100 г, хлорофилла b — 12,20-53,80 и 17,89-44,78 мг/100 г, β -каротина — 1,80-6,75 и 3,00-6,04 мг/100 г. Это образцы полукочанной пекинской капусты Сяо-бай-коу и Дунганская, китайской капусты Майская и Ching Pang Yu Tsai, вы-137

делившийся особенно высоким содержанием хлорофиллов и каротина.

Для молекулярно-генетических исследований отобрали 8 SSR (simple sequence repeats) маркеров, пригодных для последующего скрининга образцов мировой коллекции. Маркеры располагались в A03 (3 маркера), A05 (1 маркер), A06 (2 маркера) и A09 (2 маркера) хромосомах, охватывая группы сцепления, на которых, по данным выполненного нами QTL-анализа (1012, 18), размещаются локусы, контролирующие морфологические и био-

А

Результаты ПЦР-анализа образцов вида Brassica rapa L. SSR (simple sequence repeats) маркерами BRMS051 (А) , KS51082 (Б) , BRMS043 (В) и KS50200 (Г) : 46, 68, 75, 77, 84, 96, 115, 154, 159, 163, 213, 214, 215, 241, 242, 264, 302 и 308 — образцы (номера по каталогу ВИР), НК — отрицательный контроль, М — маркер молекулярной массы М16-ДНК-маркер 100 bp (10 фрагментов от 100 до 1000 п.н., «Сибэнзим», Россия). Коллекция Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова.

химические признаки качества вида. Неравномерность распределения маркеров по хромосомам косвенно свидетельствует о присутствии на них установленных нами геномных блоков ко-адаптированных генов, а в целом по геному — на существование ко-адаптированных блоков генов. Наличие таких блоков в геноме B. rapa подтверждается нашими проведенными ранее исследованиями, в результате которых были установлены генетические детерминанты устойчивости B. rapa к разным расам Xanthomo-nas campestris pv. cam-pestris, вызывающим у растений этого вида сосудистый бактериоз (18-20). Следует отметить эффективность отобранных нами мо- лекулярных маркеров, поскольку некоторые маркеры (например, BRMS043 и BRMS034) оказались эффективными молекулярно-генетическими дескри- пторами вида по устойчивости к сосудистому бактериозу, которые мы применили для выявления коллекционных образцов B. rapa, устойчивых к каждой расе X. campestris отдельно и к патогену в целом (18, 21, 22).

При оценке 8 молекулярными маркерами в выборке из 18 образцов B. rapa мы выявили 26 полиморфных SSR-фрагментов размером от 122 до

410 п.н. Маркер BRMS051 (рис., А) при ожидаемом размере ампликона 262 п.н. у 77 % образцов был сцеплен с признаком длины и ширины листовой пластинки, причем у 58 % ее ширина составляла 20 см и более. В 60 % случаев аллели, представленные фрагментами 262 п.н. и 280 п.н., ока- зались ассоциированы. Фрагмент (аллель) 280 п.н. проявлялся у всех линий со средней длиной листовой пластинки (до 20 см), у всех образцов розеточной капусты, у всех образцов и сортотипов китайской капусты и у 60 % стабильных гибридов, родительской формой которых выступала китайская капуста. Отметим, что эти сортотипы китайской капусты имели зеленую (но не светло- или темно-зеленую) окраску листовой пластинки. Фрагмент (аллель) 262 п.н. обнаружили у 75 % образцов листовой репы.

Маркер KS51082 (см. рис., Б) был сцеплен с QTL длины черешка. Образцы к-115, к-163 и к-214 с ожидаемым фрагментом 282 п.н. имели длинный и очень длинный черешок (22-40 см). Ампликон 282 п.н. выявили у всех образцов японской капусты и у 50 % образцов листовой репы.

С помощью маркера BRMS043 (см. рис., В) обнаружили образцы с ожидаемым размером ампликона 318 п.н., у которых в 70 % случаев поверхность листовой пластинки была гладкой и слабоморщинистой. Все образцы с парой фрагментов (аллелей) 285 и 305 п.н. имели гладкие или слабоморщинистые листья. Образцы к-115, к-154, к-163 и к-213, сочетающие фрагменты 285 и 318 п.н., выделялись по содержанию β -каротина (5,16,2 мг/100 г). При наличии ампликона 318 п.н. 71 % вариантов имели достаточно длинную или длинную листовую пластинку (26-44 см), но средней ширины (16-23 см), а у 75 % образцов с короткими листовыми пластинками (11-23 см) проявлялся фрагмент (аллель) 305 п.н. У всех образцов китайской капусты и гибрида китайской и пекинской капусты нашли аллель 285 п.н., у японской капусты в 60 % случаев проявился фрагмент 318 п.н. У половины образцов листовой репы обнаружили тот же аллель (318 п.н.), у 75 % — аллель, соответствующий фрагменту 305 п.н.

Использование молекулярного маркера Ol12-F02, сцепленного с QTL опушения и окраски листовой пластинки (7), выявило четыре фрагмента — 200, 185, 175 и 140 п.н. Молекулярный анализ тех же образцов маркером BRMS014 при наличии одновременно двух ампликонов 263 и 280 п.н. установил его сцепленность с QTL окраски (от светло-зеленой до зеленой) для большей части образцов (80 %) из тех, у которых эти ампликоны проявились. Ту же пару ампликонов обнаружили у 70 % образцов китайской капусты и ее гибридов.

Скрининг маркером KS50200 (см. рис., Г) выявил фрагменты 292, 280 и 260 п.н. Образцы, проявившие ампликон 260 п.н., в 75 % случаев имели темно-зеленую листовую пластинку шириной 15-20 см с гладким, иногда слабоволнистым краем. Ампликон 280 п.н. обнаружили у гибридов китайской и пекинской капусты, а также у 75 % листовых реп (у последних ширина пластинки — в среднем 20 см, окраска темно-зеленая, край от гладкого до слабоволнистого). У китайской капусты (75 % образцов со светло-зеленой и зеленой окраской и гладким краем листовой пластинки при ее ширине 15-21 см) проявился фрагмент, соответствующий аллелю 292 п.н. Фрагмент этого размера обнаружили у 66 % образцов японской репы с острозубчатой надрезанностью края листа.

Скрининг молекулярным маркером BRMS034, сцепленным, как сообщалось ранее при анализе картирующих популяций линий удвоенных гаплоидов (12), с признаком окраски листовой пластинки, показал наличие ампликонов 122 и 144 п.н. (у форм с ампликоном 144 п.н. она темнозеленая), однако у изученных образцов не проявилась достоверная взаимосвязь между выявленными ампликонами и признаком.

При скрининге BRMS042 оказалось, что ампликон с ожидаемым размером 380 п.н. имелся у всех изученных образцов. У двух из трех образцов ноздреватой капусты обнаружили ампликон 410 п.н., который также выявили у одного образца китайской капусты (к-46). У японской капу-139

сты и листовой репы присутствовали ампликоны размером 620-170 п.н., нехарактерные для остальных образцов изученной стержневой коллекции.

Таким образом, мы провели комплексную (морфологическую, биохимическую, молекулярно-генетическую) оценку признаков качества у форм Brassica rapa в эколого-географических испытаниях при разных способах выращивания. Отметим, что анализ геномов B. rapa молекулярно-генетическими маркерами, находящимися в неравновесном сцеплении с QTL таких признаков, как характер окраски листовой пластинки, содержание общего белка, β -каротина, каротиноидов, аскорбиновой кислоты, сухого вещества, никогда ранее никем не выполнялся. Эти исследования подтвердили возможность использовать найденные нами SSR-маркеры морфологических и биохимических признаков для скрининга коллекционного и селекционного материала. Кроме того, полученные оригинальные результаты позволяют перейти к практическому осуществлению ассоциативного картирования и идентификации конкретных генетических детерминант, определяющих проявление ряда хозяйственно ценных и экономически значимых признаков качества, на основе использования уникального материала B. rapa из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР).