Взаимосвязь показателей электрофоретического анализа белка глиадина разных сортов пшеницы мягкой с качеством зерна

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 631                                            

Решение некоторых задач, таких как увеличение населения земли и устойчивое обеспечение продовольствием, ложится на плечи современной сельскохозяйственной науки. Специалисты пытаются выполнить эту задачу путем создания высокоурожайных сортов растений и передовых технологий. В процессе селекции растений разнообразие генов, собранных в одном геноме, служит их адаптации к среде и повышению уровня хозяйственно важных признаков. Структурные гены аллельного состояния не кодируют последовательность растения и, в частности, ДГТ, фактически определяют его «генетический паспорт». Для идентификации образца чаще всего используют генетические маркеры, среди которых наиболее эффективными и надежными являются молекулярно-генетические белковые и ДНК-фрагменты, специфичность которых не зависит от точного определения и изменений окружающей среды. Одним из наиболее распространенных генетических маркеров в селекционных и генетических экспериментах в наше время являются высокополиморфные резервные белки [1, 3].

Резервные белки используются в качестве надежных генетических маркеров в процессе селекции в селекционных программах среди сельскохозяйственных растений. В соответствии с этим принципом на начальных этапах селекции селекционеры должны отбирать такие группы генов, чтобы в дальнейшем при проведении скрещиваний между такими формами можно было выделить из гибридной популяции генотипы с полезными признаками и провести целенаправленную отбор [2, 11].

Проламины чрезвычайно разнообразны и сортоспецифичны (например, более 95% сортов пшеницы и около 80% сортов ячменя различаются по электрофореграммам глиадинов). Электрофоретические спектры этих белков не зависят от условий выращивания растений, условий и продолжительности хранения семян. Эти белки появляются в эндосперме на 11-й день после оплодотворения и сохраняются не менее трех дней после прорастания. Электрофореграммы глиадина можно получить даже из испеченного хлеба или макарон.

В эпоху исследований генетического разнообразия и глобализации в мире, сохранение растительных ресурсов и белковый полиморфизм получили широкое распространение при применении генотопии. Информацию о генотипе растения пшеницы получают с помощью молекулярной генетики. Маркеры группируются и такой маркер определяет характеристики генотипа [4, 10]. Для определения направления отбора земледельческого инстинкта с учетом всего сказанного был проведен электрофоретический анализ резервного белка глиадина местных сортов. Резервные белки считаются надежными белковыми маркерами для оценки генетического разнообразия пшеницы [6, 8, 9].

Разнообразие запасных белков растений определяют методом гель-электрофореза, суть которого заключается в разделении запасного белкового экстракта на зоны в зависимости от заряда и размеров белковых молекул в геле под действием электрического тока. В результате анализа исследователь получает уникальный «белковый паспорт», характерный только для определенного сорта. В настоящее время метод электрофореза резервных белков растений может быть использован как простой и надежный метод идентификации сортов при сортоиспытании, семеноводстве и контроле семян многих растений.

Проведен электрофоретический анализ исходных белков ряда сельскохозяйственных растений для уточнения их сортовой идентификации. Применение метода электрофореза резервных белков растений в практике сортоуправления, права потребителей семян и патентообладателей сортов растений Анализ глиадинкодирующих локусов при электрофорезе в полиакриламидном геле проводили по методу Ф. А. Попереляна (рН 3,1) [10].

Глиадные белки проанализированы методом электрофореза сортов сельскохозяйственного института, и впервые изучено направление селекции мягкой пшеницы института. Проанализирована электрофореграмма каждого из 42 изученных сортов. Эти сорта можно использовать для сортовой чистоты, то есть в семеноводстве. Для скрещивания целесообразно использовать сорта с блочными компонентами 1А5 и 1А4. Потому что эти сорта высокого качества. Можно упомянуть такие сорта, как Саба, Пиршаги, Гюнешли, Тараги, Гобустан, Рузи-84, Егана, Биллур. А вот низкокачественные — Экинчи-84 (Глд 1А3, 1Б3), Азаметли 85 (Глд 1А6, Глд 1Б3), Шафаг (1А2, 1Б3), Пиршагин 1 (Глд 1А6, 1Б3) и т. д. можно показать.

В результате исследования установлен широкий полиморфизм между сортами. Разновидности отличаются друг от друга по всем своим электрофоретическим компонентам. Как бы ни была велика эта разница, в процессе отбора CLd 1A и CLd 1B, и небольшого количества CLd 1B особое внимание уделялось хромосомам 1D. Благодаря локусу, кодирующему глиадин 1D, блок GLd1 обнаруживается в генотипе большинства сортов. GLd 1D4 обнаружен только у сорта Мирбашир 128, GLd 1D4 у сорта Мархал и GLd 1D5 у сорта Саба мягкая бугда. У остальных сортов полиморфизма не наблюдается. Совпадение блока компонентов глиадина GLd D1 связано с отсутствием сильных морозов и тем, что большинство территорий относятся к засушливой зоне. Естественно, больше различий наблюдается по хромосоме GLd 1A. Например, у этих разновидностей часто встречаются блоки GLd 1A4 и GLd 1A5. Из них 11 разновидностей относятся к GLd 1A4 и десять разновидностей GLd 1A5, кодирующих глиадиновые генотипы. Gld 1A10, 1A3, Gld1A2, GLd1A, блоки в генотипе остальных сортов редки. Совпадение блоков компонентов GLd 1A5, GLd 1A4 и GLd 1B1 было связано с тем, что совместное участие этих блоков в генотипе положительно влияет на качество хлеба.

1   !   3 < S S' J г 9 10 11 13   13 14 IS U 17

Рисунок. Электрофореграммы запасных белков глиадина сортов мягкой пшеницы АСХИ: 1–2 — Акинчи-84; 3–4 — Гобустан; 5–6 — Нурлу-99; 7–8 — Красная роза-1; 9–10 — Славный-95; 11–12 — Рузи-84; 13 — белый; 14 — Парзиван-1; 15 — Парзиван-2; 16 — Шеки-1, 17 — Шафаг

Существует 23 разновидности с блочными компонентами GLd 1B3 и 15 разновидностей с GLd 1B1. GLd 1B3 связаных с высоким накоплением белка. Этот блок глиадина был продуктом транслокации, и его наличие в генотипе имело устойчивость к стрессу в период цветения. К сожалению, наличие блока глиадина 1В3 в генотипе сорта отрицательно сказывается на качестве хлеба. Блоки компонентов GLd 1A3 и GLd 1A6 также имеют эти функции. Наличие блока компонентов 1В3 в генотипе сортов вызывает увеличение количества альбумина и глобулина из резервной фракции зерна, снижение клейковины.

Таблица

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СОРТОВ ПШЕНИЦЫ МЯГКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИНСТИТУТА ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Блок компонентов глиадина Gld 1D1 чаще встречается у сортов с высокими хлебными качествами, по-видимому, эти компоненты чаще встречаются в генотипе местных сортов. Дело в том, что блочный компонент GLd 1A5 практически одинаков у большинства разновидностей. Блок GLd 1A5 также хорошо влияет на качество хлеба. Блочные компоненты Gld 1A3, GLd 1A2, GLd 1A1 плохо влияют на качество. Таким образом, хотя селекционная работа в НИИСХ в основном ведется по GLd 1A4, GLd 1A5 и блочным компонентам, в последнее время особое значение придается блокам GLd 1B3 и GLd 1B1, в том числе блокам GLd1A2, GLd1A3, GLd 1A1.

Из 6-й группы комплектующих законтрактовано 13 разновидностей блочных деталей GLd 6А1, 5 разновидностей блочных деталей GLd 6А2, 5 разновидностей GLd 6А3. Gld 6A4 отмечен у 2 сортов, 6B у 5 сортов, Gld 6B3, Gld 6B2-5 сортов и Gld 6D3 у 14 сортов. Из исследований, проведенных таким образом, известно, что сорта, изучаемые в Институте сельского хозяйства АЭТ, полиморфны по всем глиадиновым блокам. Изученные сорта неодинаковы по формуле глиадина. Эти сорта также различаются по качеству.

Формула глиадина сорта Нурлу 99: Gld 1A5, 1B3, Gld 1D1, Gld 6A4, Gld 6B 2, Gld 6D 2. Как видите, этот сорт относится ко II классу, седиментация у него высокая по сравнению с другими сортами. Однако компонент блока Gld1B3 участвует в генотипе этого сорта. Это приводит к снижению его качества. Но по сравнению с ним сорт Гобустан относится к I классу, потому что в генотипе этого сорта участвует блок Gld1A4. В целом эти два компонента глиадинового блока близки по своему влиянию на показатели качества.

У сорта Шафак, поскольку задействованы как блоки 1А2, так и 1В3, показатели качества этого сорта плохие. Потому что оба компонента блока негативно сказываются на качественных показателях. Сорт Муров 2 относится к III классу. Его формула глиадина содержит блок Gld1B3 и Gld 6A3, что ухудшает качество этих блоков. Сорта Экинчи 84 и Азаметли 95 имеют генотипы Gid 1A3 и Gld 1B3 соответственно; участвуют Gld 1A6 и Gld 6A3. Эти блоки снижают качество, особенно если каждые 2 блока участвуют в одном и том же генотипе, их эффект сильный.

Таким образом, из проведенных исследований следует, что существуют взаимосвязи между компонентами глиадинового блока и показателями качества. Если в генотипе пшеницы одновременно присутствуют два-три блока, отрицательно влияющих на качество, качество зерна снижается еще больше.