Выявление гена лежкости у сортовых и магазинных видов яблонь

Ключевые слова: яблоня, генетика, ген лежкости, ПЦР.

Введение

Род Malus или яблоня, относится к семейству Розоцветные. Она относится к роду многолетних листопадных деревьев (или кустарников семейства розовых). Высота растения колеблется от 2 до 10м, а диаметр цветка составляет 4см. Яблоня является плодово-семечковой культурой. В её роду распространено более 70 видов. Род распространен повсеместно, но предпочтительно в зонах умеренного климата. Самыми распространенными видами яблонь являются: восточная, лесная, айвовская, сибирская, бурая и т.д. Растение представляет собой дерево с шаровидной кроной. Корневая система стержневая. Листья простые, опушенные. Цветки крупные по размеру, простые. Обычно бледно — розового или белого цвета. Они собраны по несколько штук в щитковидные соцветия. Плод — яблоко. Всего выведено около 70 тысяч сортов яблок, однако по всему миру выращивается чуть больше 10 сортов [2].

Разные сорта обладают различными способностями к хранению. К сожалению, на полках наших магазинов нет сортов, выращенных в Алтайском крае, которые обладают фактором длительного хранения. Этот фактор называют лежкостью. Ее подразделяют на низкую, среднюю и высокую. Уровень лежкости зависит от количества выделения этилена в плодах. Синтез данного гормона кодируется двумя генами: Md-ACOIFR и Md-ACS1. Гормон этилен синтезируется в семенах, что способствует созреванию плода при хранении. Биосинтез экспансина обеспечивает плотность и твердость, что увеличивает срок хранения плода (MD-Exp7) [3].

В связи с этим встает вопрос выведения новых сортов, обладающих геном лежкости. Ключевой проблемой является то, что ждать первый урожай яблони придется минимум 5–7 лет. Но селекционеры нашли выход из данной ситуации, ведь знание и понимание генетических основ дает возможность изучить признак растения до его плодоношения с помощью методов молекулярной биологии [1].

В нашей работе мы будем исследовать методом эксперимента наличие генов лежкости в разных сортах плодов.

Цель: проанализировать присутствие гена лежкости в разных сортах яблок.

Задачи :

1) Анализ литературных данных.

2) Выделение ДНК из сортовых и покупных видов яблонь.

4) Проведение электрофореза.

5) Обработка результатов.

Материалы и методы

Материалы для исследования были предоставлены НИИС имени М. А. Лисавенко (ветки деревьев), а также приобретены в магазине города Барнаул (плоды — яблоки) (Таблица 1).

Таблица 1

Сорта яблок, использованных в исследовании

Выделение нуклеиновых кислот производилось по протоколу производителя (DimondDNA, г.Барнаул). Полимеразная цепная реакция проводилась в готовой смеси БиоМастер HS-Taq ПЦР (Биолабмикс, Россия).

Амплификацию мы проводили в термоциклере ДНК — Технология, ДТ — 322, по следующей программе: денатурация 95 °C — 15 с, отжиг праймеров 57 C° 40 с, элонгация 72 °C 30 с (всего 35 циклов). Для визуализации результатов был проведен горизонтальный электрофорез в 1,5 % агарозном геле. Далее был сделан снимок геля в транс-иллюминаторе.

Результаты

Рис. 1. Гель электрофореза

В результате анализа был изучено присутствие гена Md-ASCI у 8 сортов яблок. Данный ген отвечает за выработку гормона этилена, который синтезируются семенами в плодах яблонь. Повышенный биосинтез данного гормона влияет на скорость созревания плода даже после сбора урожая.

Результат представлен в виде геля электрофореза (Рисунок 1). У каждого образца вы можете наблюдать горизонтальные полоски — бенды. Один бенд означает, что у этого образца присутствует один аллель по этому гену и соответствует гомозиготе. Два бенда на картинке электрофореза соответствует двум аллелям или по-другому гетерозиготе.

Гетерозиготные образцы, те у кого присутствует два бенда, указывает на сорта с низким уровнем этилена. Получается, что данные сорта имеют зимний, осенний и позднеспелый срок созревания. Низкий уровень этилена способствует долгому хранению яблок. Именно такие образцы мы выявили в нашем исследовании под номерами два и четыре.

Гомозиготные образцы — это образцы, у кого были выявлено по 1 бенду. По литературным данным сорта имеющие такие характеристики имеют низкую степень лежкости и разные сроки созревания. В нашем исследовании эти образцы указаны под номерами 1, 3, 5, 7 и были предоставлены институтом Лисавенко. К сожалению, данные образцы не следует использовать для селекции.

Образец под номер 8, сорт Фуджи, по литературным данным имеет гетерозиготный признак по данному участку ДНК. Однако, в нашем исследовании образец не показал результатом. Мы предполагаем, что выделилось недостаточное количество ДНК.

Заключение

В нашем исследовании сорта под торговыми знаками Ред и Гренни, которые были закуплены в магазинах города Барнаул, имеют ген Md-ASCI в гетерозиготном состоянии, что соответствует сортам с низким биосинтезом этилена, а, следовательно, обладают длительной лежкостью. Этот факт объясняет присутствие данных сортов в течении всех сезонов года.

У сортов яблок из Лисавенко исследованный ген представлен гомозиготой, что соответствует высокому уровню биосентезу этилена, а, следовательно, срок хранения таких плодов мал.

Благодарности

Литература:

1. И. И. Супрун, С. В. Токмаков «Изучение аллельного разнообразия генов синтеза этилена Md — ACS1 и Md — ACO1 в отечественной генплазме яблони».
2. Электронный ресурс (Большая российская энциклопедия): https://bigenc.ru/c/iablonia-a16ea9
3. Шамшин И. Н., Шлявас А. В., Трифонова А. А., Борис К. В., Кудрявцев А. М. Полиморфизм генов биосинтеза этилена и экспансина уместных и стародавних сортов яблони (Malus domestica Borkh.) из коллекции генетических ресурсов растений ВИР. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018;22(6):660–666. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ18.408.