Белки семян как маркеры в решении проблем генетических ресурсов растений, селекции и семеноводства

Во ВНИИР им. Н.И.Вавилова генофонд сортов и дикорастущих образцов документируется в виде белковых формул. Полученная информация сохраняется в виде каталогов формул (табл.2) и компьютерных баз данных формул. Для надежной идентификации и регистрации сортового генофонда ведущих зерновых культур и их дикорастущих сородичей в большинстве случаев достаточно электрофореза запасных белков. Иногда приходится использовать другие типы белков, например глютенины или ингибиторы протеолитических ферментов [4, 6, 19].

Принципиальной является проблема соответствия понятий статуса сорта в общепринятом смысле и с использованием молекулярных маркеров. Для корректного подхода к вопросу предварительно проводятся специальные исследования на большом объеме сортов и на внутривидовом разнообразии диких сородичей. Наиболее сложно дело обстоит с перекрестноопыляющимися культурами, поскольку каждый сорт или образец представляет собой сложную смесь различных генотипов, которым соответствуют разные типы спектра белка или ДНК. Такая сортовая или дикорастущая популяция может быть идентифицирована и зарегистрирована по наличию определенных типов спектра и частоте их встречаемости [4,19]. После сформирования баз данных (компьютерных либо каталожных) открываются реальные возможности использования белковых или ДНК-маркеров для решения ряда практических вопросов коллекций, например, некоторых проблем интродукции или пополнения коллекции (табл.1). На основании сравнительного анализа информации заложенной в каталоги или в базы данных в виде белковых формул, а также информации, полученной при анализе вновь поступившего семенного материала, может быть сделан предварительный вывод о степени оригинальности последнего (с целью предотвращения дублирования образцов). Многолетний опыт ВИР показывает, что такая информация, как правило, в дальнейшем подтверждается так называемыми традиционными методами [2].

Для оценки степени генетических различий между образцами, например, образцами разного географического происхождения, или культурными и дикими формами широко используются ДНК- и белковые маркеры. Во ВНИИР им. Н.И.Вавилова мы использовали ПДРФ-маркеры (RFLP) в изучении генетической дифференциации ячменя. Однако, для анализа обширных коллекций метод ПДРФ достаточно трудоемок. Здесь удобнее использовать более простой и достаточно чувствительный RAPD-анализ. Такие работы, в частности, были проведены ВИРом совместно с Национальным Институтом Сельскохозяйственных Исследований (Япония) на образцах дикого и культурного ячменей из коллекции ВИР, а также на ряде других коллекций [22]. Целью работы была оценка взаимоотношений между различными формами культурного и дикого ячменей по полиморфизму фрагментов ДНК, амплифицированных в полимеразной цепной реакции с произвольными праймерами (RAPD). Полученные результаты позволили разделить изученные сорта и местные популяции на три основные группы, которые, очевидно, отражают основные тенденции в эволюции и географическом распространении культурного ячменя. Обнаружено соответствие выделившихся групп и кластеров культурного ячменя мировым центрам разнообразия культурных растений (генцентрам), выявленным Н.И.Вавиловым, а также современной эколого-географичес-кой классификации ячменя [22].

Аналогичный экспериментальный подход был применен для выяснения структуры коллекций гексаплоидных пшениц. Методом RAPD-анализа изучена степень родства между образцами гексаплоидных пшениц разных эколого-географических групп (более 400 образцов из коллекции ВИР). Исследования проводились также в том числе и в связи с возможностью маркирования генотипов с высоким уровнем зимостойкости, а также в связи с отработкой технологии создания стержневых коллекций. Результаты координатного и кластерного анализа этих данных продемонстрировали, что все изученные образцы гексаплоидных пшениц представляют собой единый генный пул, который делится на четыре большие группы. Обнаруженное деление находится в полном соответствии с эколого-географической классификацией предложенной Н.И.Вавиловым [23]. Удалось идентифицировать праймеры, позволяющие выделять группы образцов с ценными адаптивными свойствами (например, холодостойкость). Это свидетельствует о перспективности данного подхода к анализу мировой коллекции как исходного материала для селекции по важнейшим признакам. Подобные исследования с использованием ДНК-маркеров проведены недавно сотрудниками ВИР на коллекциях овса, проса, вики, риса. Использованию белковых маркеров для решения вопросов внутривидовых связей посвящено большое число публикаций, в том числе сотрудников ВИР [4,7,10,11,19,24].