Влияние репродукций семян на экспрессию генов, детерминирующих количественные признаки у яровой мягкой пшеницы

Генетика количественных признаков на протяжении многих лет развивалась в основном в границах биометрии и опиралась на постулаты о полигенном наследовании, многофакторности и сильной зависимости от «генотип-средовых эффектов» и законах вариационной статистики [3,2].

Существенные изменения в генетике связаны с достижениями молекулярной биологии (1980), и возможности картирования локусов количественных признаков (quatitativetraitloci) [1,2,4].

Многочисленными исследованиями различных отечественных и зарубежных ученых, было установлено, что для одного и того признака в различных экологических условиях проявляются разные QTL (PatersonA.Н. etal. на томатах, StuberC.Wet. аl. на кукурузе, UngererM.C. et. аl. на арабидобсисе, BörnerA. et. аl. и Чесноков Ю.В. на пшенице). Эти данные хорошо согласуются с концепцией В.А. Драгавцева перераспределения генетических формул, основанную на представлениях о сложной эколого-генетической организации количественных признаков, ведущую роль в которых играет система регуляторных генов [3,2,5,6].

Хотя сами авторы этой концепции и утверждают, что «эколого-генетическая модель лишает обоснованности идею использования маркерных генов для целей селекции количественных признаков, именно использование молекулярно-генетического подхода картирования QTL, в различных эколого-географических регионах Российской Федерации позволило возвести модель эколого-генетического контроля в ранг теории [2,6].

Материал и методика исследований. В работе использовали картирующую популяцию ITMI (InternationalTriticeaeMappingInitiative), которая была получена скрещиванием яровой пшеницы сорта Opata 85 и синтетического гексаплоида W7984, (AegilopstauschiixAltar 84). Опыты закладывались на опытном поле Самарского НИИСХ в 2014-2015 гг. Высевали по 50 семян каждой линии в два рядка с расстоянием между рядками 10 см, между растениями в рядке 5 см. Анализ признаков проводили по принятым в ВИР методикам [4]. При проведении статистической обработки анализировали 22 различных признака на 56 линиях ITMI.

QTL анализ был выполнен с помощью программ: MAPMARKER/QTL, MAPMARKER/EXP, QGENE. Достоверность взаимосвязи между выявленными локусами и полиморфизмом по тому или иному признаку оценивали на основе порогового значения логарифма шансов LOD-score. Во внимание принимались только те локусы с LOD≥ 3,0 (P<0,001) и LOD >2,0, но <3,0 (P<0,05).

Результаты исследований.

На модельном объекте – картирующей популяции ITMI в условиях засушливой степи Среднего Поволжья в течение 2014г. выявлены QTL по двум репродукциям (семена из Безенчука и Оригинальные семена, Gatersleben), детерминирующие ряд количественных признаков у яровой мягкой пшеницы. Показано переопределение генетических формул по шести количественным признакам и установлены молекулярные маркеры генетически сцепленные с идентифицированными QTL (таблица 1).

Таблица 1

* -жирным шрифтом выделены маркеры с оценкой LOD> 3,0

В таблице 2 представлены данные на основе двух контрастных лет (2014-2015 гг.) о влиянии репродукции семян на проявление количественных признаков яровой мягкой пшеницы. В течение 2014г. наблюдались выраженные отличия фенотипических признаков, между двумя репродукциями по многим линиям ITMI. Однако, оценка генотипа показала отсутствие каких-либо мутаций и идентичность всех образцов.

В стрессовых условиях 2015г. из-за продолжительного воздействия высоких температур в критические фазы развития растений между тремя репродукциями наблюдались выровненные по всем признакам посевы. Оценка генотипа еще не проводилась.

Из таблицы 2 следует, что помимо условий внешней среды, репродукция семян также оказывает влияние на переопределение генетических формул количественных признаков.

Таблица 2

Влияние репродукций семян на проявление количественных признаков яровой мягкой пшеницы (Безенчук, 2014-2015 гг.)

* РС-1 - репродукция, полученная посредством пересева с предыдущего года;

РС-3 – репродукция семян 2011 г.

Выводы. Таким образом, в условиях Среднего Поволжья на основе эколого-генетических испытаний 2014 г. было показано переопределение генетических формул по шести количественным признакам и установлены молекулярные маркеры генетически сцепленные с идентифицированными QTL.

По результатам исследований 2014-2015 гг. трех вариантов репродукций, можно сделать вывод, что помимо условий внешней среды репродукция также оказывает влияние на проявление количественных признаков яровой мягкой пшеницы.

Литература:

1. Сюков, В.В. Перспективы маркер-акссоциированной селекции яровой мягкой пшеницы в Самарском НИИСХ / В.В. Сюков, Ю.В. Чесноков // Тезисы Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого ведения сельскохозяйственного производства в засушливых условиях европейской части России». Безенчук, 2013. С. 40-41.
2. Сюков, В.В. Выявление QTL, определяющих количественные признаки у яровой пшеницы в условиях Среднего Поволжья / В.В. Сюков, Д.В. Кочетков, Н.В. Кочерина и др. // Вестник Саратовского ГАУ, 2012. № 12. С.91-94.
3. Драгавцев, В.А. Переопределение генетических формул количественных признаков в разных условиях среды / В.А. Драгавцев, А.Ф. Аверьянова // Генетика, 1983.Т.19.№11.С.1811.
4. Хавкин, Э.Е. Молекулярные маркеры в растениеводстве / Э.Е. Хавкин // Сельскохозяйственная биология. – М.: РАСХН, 1997. - № 5. – С. 3-20.
5. Чесноков, Ю.В. Молекулярно-генетические маркеры и их использование в предселекционных исследованиях/ Ю.В. Чесноков. – СПб.: АФИ, 2013. -116 с.
6. Чесноков, Ю.В. Эколого-генетическая организация количественных признаков растений и картирование локусов, определяющих агрономически важные признаки у мягкой пшеницы / Ю.В. Чесноков, Н.В. Почепня, А. Бёрнер, У. Ловассер, Э.А. Гончарова, В.А. Драгавцев // Доклады академии наук (Россия), 2008. Т.418.№5. С.693-696.