От традиционной селекции к селекции при помощи ДНК-маркеров

Количественные признаки имеют сложную наследственную основу, проявляющуюся в непрерывной фенотипической изменчивости в расщепляющихся гибридных потомствах. Они контролируются большим числом генов и в значительной степени подвержены модифицирующему воздействию внешней среды. Уже более 40 лет мы ведем сследования, посвященные изучению комбинационной способности и генетического контроля количественных признаков самоопылённых линий кукурузы. Самоопылён-ные линии были заложены на гибридах и местных популяциях белозерной кукурузы. Семена обрабатывали мутагенами – нитрозоэтилмоче-виной и нитрозометилмочевиной в концентрациях 0,01 и 0,025. После многократного инбридинга и строгой браковки были выделены константные, сравнительно продуктивные многопо-чатковые самоопылённые линии [3, 4]. Характеристика 6 линий по некоторым количественным признакам дается в таблице 1.

Информацию о генетической структуре изучаемого количественного признака в конкретном наборе самоопыленных линий получали, используя схему диаллельных скрещиваний методом Хеймана [5]. Коэффициенты наследуемости ряда количественных признаков самоопы-ленных многопочатковых линий кукурузы по некоторым хозяйственно-ценным признакам представлены в табл. 2. Значительная вариабельность большинства из них объясняется, прежде всего, нормой реакции генотипа на условия выращивания. Величины коэффициентов наследуемости, как в узком, так и в широком смысле, как показали исследования, близки, что свидетельствует о том, что отбор по фенотипу будет близок отбору соответствующих им генотипов [6].

Таблица 1. Характеристика мутантных самоопыленных линий кукурузы селекции КБГУ

Таблица 2. Коэффициенты наследуемости количественных признаков самоопыленных многопочатковых линий кукурузы

В настоящее время накопленный в результате многолетней работы на кафедре селекционный материал используется для изучения молекулярно-генетического полиморфизма методом полимеразной цепной реакции и детекции ДНК-маркеров к хозяйственноценным признакам. Селекция при помощи маркеров – это новая, развивающаяся наука. Экстенсивное развитие сельского хозяйства приводит к глобальному уничтожению природы, а применение новых методов селекции позволит перейти на интенсивное хозяйство, получить растения гораздо более устойчивых к различным негативным факторам среды. Без увеличения посевных площадей и числа применяемых удобрений и пестицидов возможно значительное повышение продуктивности сельскохозяйственных культур. В селекции при помощи маркеров используются только природные комплексы генов, характерные для данного вида. Эти комплексы отобраны в результате длительного эволюционного процесса, поэтому их присутствие в геноме является естественным и безопасным как для самого растения, так и в качестве продуктов питания для человека [7]. ДНК-маркеры используются для решения вопроса о наличии, отсутствии или состоянии той или иной генетической системы – гена, хромосомы (целой или ее части), генома. Полиморфизм ДНК широко применяют для идентификации и анализа генетической дифференциации биоразнообразия. На полиморфизме нуклеиновых кислот основано ДНК маркирование [8].

Применение полимеразной цепной реакции (ПЦР) расширило возможности изучения полиморфизма геномной ДНК. Вариантов использования ПЦР при выявлении полиморфизма множество. Для амплификации различных участков ДНК с неизвестной локализацией в геноме может использоваться RAPD анализ (Random Amplified Polimorphic DNA), основанный на использовании одного или более произвольных олигонуклеотидных праймеров. Функцию прямого и обратного праймеров выполняет один и тот же олигонуклеотид. В результате ПЦР с произвольными праймерами образуются воспроизводимые фингерпринты, представляющие собой спектр уникальных (представленных в геноме по своей общей структуре в единичном числе) продуктов, часто полиморфных. ПЦР с произвольными праймерами пригодна для детального анализа геномов любых организмов. Различные варианты ПЦР с произвольными праймерами различаются по количеству продуктов амплификации, длине используемых праймеров, условиям амплификации и способу электрофоретического разделения продуктов.

Выделяли ДНК тризольным методом. Для RAPD-анализа применялись короткие праймеры длиной 10 нуклеотидов. Разделение фрагментов ДНК проводили с помощью электрофореза в 1,5% агарозном геле на TAE буфере. Окрашивали бромистым этидием с последующей детекцией в ультрафиолетовом свете. В пробной амплификации на 2 линиях селекции КБГУ (8 и 17) и 1 линии из коллекции ВИРа (А297) очень хорошо прослеживается разница по паре праймеров.

Была проведена повторная амплификация тех же образцов вместе с другими само-опыленными линиями по этой же паре праймеров. Анализируемые линии четко разделились на две группы по молекулярной массе амплифицированных участков. Линии 8, 10, 19, 25, 31 характеризуются сходными результатами амплификации(110 п.н.), подобная картина и по линиям – 17, 18, 23, 28(140 п.н.). Линии 6, А297, 30 по данному праймеру не идентифицировались.

Выявляемый с помощью ПЦР с произвольными праймерами генетический полиморфизм может быть использован при исследованиях видовой идентификации, для генетического картирования и паспортизации генотипов [9]. Также данные о локализации RAPD могут применяться для создания генетических маркеров локусов количественных признаков сельскохозяйственных культур.

Проблемы исследования генома сельскохозяйственных растений одно из ведущих направлений научно-исследовательских работ, поскольку перед лицом ожидаемого громадного увеличения населения продовольствие становится важнейшим стратегическим ресурсом.