Исследование полиморфизма авенин-кодирующих локусов в коллекции культурных гексаплоидных видов рода Avena L.



Проведено электрофоретическое разделение авенина культурных гексаплоидных видов рода AvenaL. Идентифицированы аллели авенин-кодирующих локусов исследованных образцов. По локусу AvnA максимальную частоту встречаемости у исследованных видов и гибридов между A. sativa и A. byzantina имел аллель А2, по локусу AvnB – аллель В1, а по локусу Avn С – С3.Установлено, что коллекции A. sativa, A. byzantina и межвидовых гибридов отличаются по частоте встречаемости отдельных аллелей, что может быть связано с разными центрами формообразования гексаплоидных видов овса.

Ключевые слова: овёс, электрофорез, электрофоретический спектр, авенин, авенин-кодирующие локусы.

В соответствии с современной классификацией род AvenaL. объединяет 26 однолетних и многолетних видов, которые имеют три уровня плоидности и представлены группами с числом хромосом 2n = 14, 28 и 42, в каждой их которых есть культурные виды [1, 2]. В России возделывается два гексаплоидных вида овса – A. sativaL. и A. byzantina C. Koch. Для уточнения геномного состава видов,установления родства видов и геномов, распознавания видовой принадлежности растений, а также оценки генетического разнообразия овса широко используются высокополиморфные запасные спирторастворимые белки – авенины. В растениеводстве авенины применяются для идентификации образцов коллекций, сортов, биотипов, линий, а также для оценки генетической дифференциации генофонда и регистрации генетических ресурсов [3, 4]. При анализе генетического контроля и характера наследования компонентов электрофоретических спектров авенина установлено, что они наследуются блоками и контролируются тремя независимыми локусами: Avn A, Avn B и Avn C [5].

Целью наших исследований была оценка полиморфизма авенин-кодирующих локусов в коллекциях посевного, византийского овса и их межвидовых гибридов.

Для электрофоретического анализа проламинов использовали образцы культурных гексаплоидных видов рода AvenaL. из коллекции ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» и ФГБНУ «НИИСХ Северного Зауралья». В ходе работы было исследовано 12 образцов вида AvenabyzantinaC. Koch., 223 образца вида AvenasativaL., а также 25 образцов, относящихся к гибридам между A. sativaL. иA. byzantinaC. Koch.

Одномерный электрофорез авенинов проводили по стандартной методике [6, 7]. Аллели по локусам Avn A, Avn B, Avn Cидентифицировали согласно каталогу генетической номенклатуры для посевного овса [5]. В качестве стандарта использовали зерновки овса посевного сорта Астор (2.4.2).

В результате анализа установлено, что 45,4% образцов коллекции были однотипными. Среди образцов вида A. sativa максимальное число биотипов в гетерогенных образцах достигало 9. Наиболее полиморфные образцы относились к виду A. byzantina и насчитывали до 12 биотипов. Общее число биотипов, обнаруженных в результате анализа коллекции, составило 667 шт.

Частоты встречаемости аллелей авенин-кодирующих локусов рассчитывались отдельно для каждого вида овса.

По локусу Avn A в каталоге представлено 8 вариантов блоков компонентов. Все эти варианты были обнаружены при анализе компонентного состава авенина биотипов посевного овса. В коллекции византийского овса не выявлено биотипов с аллелями А1, А3, А5 и А7 в спектрах, а среди межвидовых гибридов отсутствовали биотипы с вариантами А7 и А8. Самым распространённым вариантом аллеля у исследованных видов и гибридов между A. sativaиA. byzantinaбылА2. Вторым по частоте встречаемости у сортов посевного овса был аллель А1 (9,1%). Биотипов византийского овса с этим аллельным вариантом не обнаружено, а в коллекции гибридов он был самым редким из аллелей по локусу Avn A (1%).

Наименьшей частотой встречаемости у сортов посевного овса характеризовались аллели А3, А6 и А8, выявленные менее чем у 1% биотипов. В коллекции межвидовых гибридов аллели А3 и А6 также были мало распространены.

Византийский овёс отличался от других исследованных гексаплоидов более высокой частотой встречаемости биотипов с аллелем А8 (6,5%) и более низкой – с аллелем А4 (1,6%).

На сегодняшний день разнообразие аллельных состояний авенин-кодирующих локусов изучено недостаточно, поэтому не для всех биотипов удалось провести полную идентификацию аллелей. Наибольшее количество биотипов с не идентифицированными аллелями по локусу Avn A было в коллекции византийского овса (50%).

По локусу Avn В в каталоге прописаны 5 вариантов блоков компонентов. Частота встречаемости аллелей по этому локусу была примерно одинаковой среди биотипов A. sativa, A. byzantinaи межвидовых гибридов. Исключение составил аллель В2, который был самым редким в коллекции посевного овса (5,4%), а в коллекциях византийского овса и межвидовых гибридов обнаружен у 22,6% и 15,8 % биотипов, соответственно.

Чаще всего у гексаплоидных видов встречались биотипы с аллелем В1 (25,6-29,7%), а самыми малочисленными оказались биотипы с вариантами В3 и В5, частота встречаемости которых не превышала 6,2%.

Максимальным количеством не идентифицированных аллелей по данному локусу характеризовалась коллекция посевного овса (41,1%). В коллекции византийского овса аллели по локусу Avn В не были определены у 29,0% биотипов.

Для локуса Avn Св каталоге генетической номенклатуры приведено 7 вариантов блоков компонентов. Кроме того, нами были выявлены образцы с вариантами 4*, 6*, 6a и 6b, которые, предположительно, являются ранее не описанными блоками компонентов локуса Avn С (рис. 1).

Рис. 1. Новые варианты блоков компонентов, контролируемых локусомAvnС, обнаруженные при анализе коллекции гексаплоидных образцов рода AvenaL. 1 – К-14959, 2. – К-14771, 3. – К-14438, 4. – К-1766, St – Astor (стандарт).

Преобладал в спектрах образцов A. sativa, A. byzantina и их межвидовых гибридов аллель С3. Частота встречаемости этого варианта блока проламинов в коллекциях разных видов овса варьировала от 19,8% до 37,2%.

Вторым по распространённости был аллель С2, имеющий примерно одинаковую частоту встречаемости во всех исследованных коллекциях гескаплоидов (17,7-18,8%). Немного реже встречались образцы с аллелями С1 (13,9-14,9%) и С6* (7,7-14,9%).

Самыми редкими в спектрах образцов посевного овса были аллели С5 и С6а с частотой встречаемости 2,8%. В коллекции византийского овса реже остальных встречался аллель С5 (1,6%), а в коллекции межвидовых гибридов – аллели С6 и С6b. Ни у одного из исследованных биотипов не был обнаружен аллель С4. Вариант С6 отсутствовал в коллекциях посевного и византийского овса, С6a – у образцов A. byzantinaи в коллекции межвидовых гибридов. В коллекции византийского овса также не были обнаружены биотипы с вариантом C6b. Для локуса AvnC было характерно самое низкое число не идентифицированных аллелей (от 3,2% до 10,8%).

Таким образом, установлено, что коллекции A. sativa, A. byzantinaи межвидовых гибридов отличаются как по количеству аллельных вариантов авенин-кодирующих локусов, так и по частоте встречаемости отдельных аллелей. Возможно, эти отличия вызваны тем, что посевной и византийский овёс имеют разные центры формообразования [1]. В процессе эволюционного развития каждого из видов появлялись особи с ассоциациями генов, дающими им преимущества в определённых природно-климатических условиях. Со временем количество особей с таким генотипом увеличивалось, что привело к повышению частоты встречаемости маркирующих этот генотип аллелей авенин-кодирующих локусов.

Наличие у биотипов разных видов овса одинаковых аллелей может быть связано с происхождением культурных гексаплоидов от одной родоначальной формы – A. sterilis [1, 8]. При этом, среди не идентифицированных аллелей авенин-кодирующих локусов могут быть как общие для всех исследованных гексаплоидных видов, но отличающиеся по частоте встречаемости, так и видоспецифичные аллельные варианты.

Литература:

1. Лоскутов, И.Г. Итоги и перспективы исследований мировой коллекции овса, ржи и ячменя / И.Г. Лоскутов, В.Д. Кобылянский, О.Н. Ковалева // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. – 2007. – Т.164. – С.80-100.
2. Сурин, Н.А. Адаптивный потенциал сортов зерновых культур сибирской селекции и пути его совершенствования (пшеница, ячмень, овёс) / Н.А. Сурин. – Новосибирск: Красноярский НИИСХ, 2011. – 708 с.
3. Конарев, А.В. Использование полиморфизма проламинов в изучении исходного материала и семеноводстве кормовых злаковых трав / А.В. Конарев, И.Н. Перчук, С. Накаяма // Аграрная Россия. – 2002. – №3. – С.63-65.
4. Лоскутов, И.Г. Роль молекулярно-биологических исследований в познании генофонда овса и его эффективном использовании в селекции / И.Г. Лоскутов // Аграрная Россия. – 2008. – №3. – С. 14-19.
5. Портянко В.А. Генетический контроль авенинов и принципы их классификации / А.А. Поморцев, Н.А. Калашник, В.И. Богачков, А.А. Созинов // Генетика – 1987. – Т.23. – № 5. – С.584-590.
6. Bushuk, W. Wheat cultivar identification by gliadin electrophoregrams. I. Apparatus, method and nomenclature / W. Bushuk, R.R. Zillman // Canadian Journal of Plant Science. – 1978. – V 58 (2). – P. 505-515.
7. Остапенко, А.В. Анализ частоты встречаемости аллелей авенин-кодирующих локусов у сортов овса / А.В. Остапенко, Г.В. Тоболова // Аграрный научный журнал. – 2015. – №12. – С.24-26.
8. Шишлова, А.М. Генетико-биотехнологические основы создания межвидовых гетероплоидных гибридов овса / А.М. Шишлова. – Минск: Беларус. навука, 2011. – 195 с.