Аннотации статей. Том 55, 2019 г., № 11
ИНСТИТУЦИАЛИЗАЦИЯ ГЕНЕТИКИ И ОТДАЛЕННОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ РАСТЕНИЙ В 1920–1930-е гг. в ВИРе
1 Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: m.vishnyakova.vir@gmail.com
2 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, 630090 Россия; e-mail: gonch@bionet.nsc.ru
3 Новосибирский государственный аграрный университет, Новосибирск, 630039 Россия
Георгий Дмитриевич Карпеченко вошел в историю генетики не только как блистательный ученый, но и как организатор и первый заведующий лаборатории генетики в Институте прикладной ботаники и новых культур, возглавляемом Н.И. Вавиловым. Впоследствии этот институт стал всемирно известным как Всесоюзный институт растениеводства (ВИР). Под руководством Г.Д. Карпеченко в ВИРе в 1920–1930-е гг. были начаты оригинальные генетические исследования значительного числа видов возделываемых растений: получение отдаленных гибридов, их цитогенетическое изучение, преодоление нескрещиваемости растений, экспериментальный мутагенез, разработка методов получения полиплоидов. Во многом благодаря ВИРу в стране было ясно осознано прикладное значение генетики для целей селекции. Были заложены основы отечественной школы генетической регуляции репродукции у растений. На основе межвидовой и внутривидовой гибридизации, индуцированных мутаций, экспериментальной полиплоидии в ВИРе было создано множество новых форм и сортов растений. К началу 1940-х годов ученые ВИР фактически вплотную подошли к пониманию генетических механизмов интрогрессивной гибридизации и к целенаправленному изменению геномных комплексов культивируемых видов растений. Эти и другие исследования принесли славу отечественной генетике и вывели ее на передовые рубежи в мире, а отдел генетики ВИР стал по существу центром подготовки кадров генетиков-растениеводов для всей страны и авторитетным методическим учреждением. Во все языки мира вошло слово Raphanobrassica, а все учебники по генетике и цитогенетике описывают классические эксперименты Г.Д. Карпеченко по преодолению бесплодия у рукотворных отдаленных гибридов. Позже исследования, начатые в ВИРе, были успешно продолжены учениками Г.Д. Карпеченко и в других научных учреждениях страны, в частности, в ИЦиГ СО АН СССР.
DOI: 10.1134/S001667581911016X
ОСОБЕННОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ГИБРИДОВ ОТ СКРЕЩИВАНИЯ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ИЗ КИТАЯ С РОЖЬЮ ПОСЕВНОЙ
Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: o.mitrofanova@vir.nw.ru
Генофонд озимой мягкой пшеницы из Китая, сохраняемый в коллекции ВИР, уникален разнообразием аллелей генов селекционно-ценных признаков и свойств. Проведенные нами ранее исследования выявили среди этой пшеницы образцы, хорошо скрещивающиеся с рожью посевной, которые в большинстве случаев были низкозимостойкими. С целью вовлечения этого материала в российскую селекцию были получены пшенично-ржаные гибриды и проведен направленный отбор на зимостойкость и высокую продуктивность в ряде последующих поколений самоопыления гибридов. Оценка созданных гибридов F1 в осенне-зимнем посеве в условиях Северо-Западного региона РФ (г. Пушкин) выявила их различия по жизнеспособности, зимостойкости и завязываемости гибридных зерновок F2. Последующий направленный индивидуальный отбор растений в F2–F7 гибридных популяциях от самоопыления на высокие перезимовку и продуктивность привел к созданию первичных гексаплоидных пшенично-ржаных линий (2n = 6x = 42, BBAARR). В настоящей статье дана характеристика 17 линиям. С использованием рангового критерия (H) Краскела–Валлиса показана статистически значимая гетерогенность линий по изученным признакам. С применением метода геномной in situ гибридизации у всех линий выявлены элиминация хромосом генома D и наличие полных геномов B, A и R. У одной линии наряду с гексаплоидными растениями обнаружены формы, содержащие дополнительно от одной до пяти хромосом генома D. Созданные первичные зимостойкие и высокопродуктивные гексаплоидные пшенично-ржаные линии представляют собой новый исходный материал для селекции пшеницы и тритикале.
DOI: 10.1134/S0016675819110110
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ДИПЛОИДНОГО ЗЛАКА Aegilops tauschii, ВЫЯВЛЕННАЯ МЕТОДАМИ ХРОМОСОМНОГО АНАЛИЗА И ЭЛЕКТРОФОРЕЗА ЗАПАСНЫХ БЕЛКОВ ЗЕРНА (ГЛИАДИНОВ)
1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991 Россия; e-mail: katerinabadaeva@gmail.com
2 Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, Москва, 119991 Россия
3 Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина Российской академии наук, Москва, 127276 Россия
4 Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190121 Россия
Генетическое разнообразие диплоидного злака Ae. tauschii Coss (2n = 2x = 14, DD), предка D-генома мягкой пшеницы, исследовано методами флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) c 11 ДНК-зондами, представляющими сателлитные и микросателлитные последовательности и семейства 45S и 5S рРНК генов, и электрофоретического (ЭФ) анализа запасных белков зерна – глиадинов. Выявлена четкая генетическая дифференциация образцов на группы strangulata (Str) и tauschii (Tau), отличающиеся друга от друга наличием микросателлитных повторов GAAn и ACTn и распределением семейств сателлитных ДНК, особенно pAs1 последовательности. Установлено, что представители группы Str наиболее близки D-геному мягкой пшеницы по рисунку распределения изученных проб. Сравнение ЭФ-спектров глиадинов показало наибольшее сходство образцов Ae. tauschii из Армении и Азербайджана с мягкой пшеницей, что указывает на участие закавказской группы Str в формировании современного генофонда мягких пшениц.
DOI: 10.1134/S001667581911002X
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ Solanum pinnatisectum Dun. И S. chacoense Bitt. ПО РЕЗИСТЕНТНОСТИ К ВИРУСУ КАРТОФЕЛЯ Y И РЕЗУЛЬТАТАМ ДНК-АНАЛИЗА
1 Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190121 Россия; e-mail: erogozina@vir.nw.ru
2 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, 199034 Россия
Картофель Solanum tuberosum L. располагает наибольшим разнообразием культурных и дикорастущих сородичей, генетическая природа которых исследована недостаточно. В настоящей работе изучена резистентность видов S. chacoense Bitt. и S. pinnatisectum Dun. к YBK и осуществлен поиск ДНК-маркеров, сцепленных с генами устойчивости. Впервые представительные популяции двух диплоидных клубненосных Solanum spp. охарактеризованы по резистентности к YBK и наличию ДНК-маркеров, сцепленных с генами сверхустойчивости (Ry) или сверхчувствительности (Ny), локализованными в сегменте длинного плеча хромосомы 9. Изучены девять образцов S. chacoense и шесть образцов S. pinnatisectum из коллекции ВИР. Растения 168 генотипов S. chacoense и 170 генотипов S. pinnatisectum оценены по устойчивости к искусственному заражению YBK. Установлены различия в разделении двух дикорастущих видов картофеля на фенотипические классы при заражении YBK. Разнообразие видимых реакций растений S. chacoense при инфицировании YBK отличается от однотипных симптомов, наблюдаемых у S. pinnatisectum. ДНК-анализ проведен для 170 генотипов S. chacoense и 44 генотипов S. pinnatisectum с использованием маркеров Ry186, S1d11 и СТ220, сцепленных с генами, детерминирующими устойчивость к вирусам у сортов, селекционных клонов картофеля или видов рода Solanum L. У большинства генотипов S. chacoense и S. pinnatisectum амплифицирован маркер СТ220, сцепленный с геном Nxphu у линии IvP35 вида S. phureja Juz. et Buk. и геном Sw-5 у томата. STS-маркер Ry186, сцепленный с геном Rychc у японских сортов, созданных на основе S. chacoense, обнаружен у незначительного числа генотипов S. chacoense и ассоциации маркер–признак не выявлено. Разработан CAPS-маркер S1d11/AcsI, различающий устойчивые и восприимчивые к YBK генотипы обоих дикорастущих видов картофеля. Растения двух дикорастущих клубнеобразующих видов Solanum L. впервые массово обследованы на наличие маркера гена GBSSI (гена гранул-связанной крахмалсинтазы). У значительной части генотипов (15% S. pinnatisectum и 25% S. chacoense) маркер гена, который контролирует биосинтез амилозы в формирующихся крахмальных гранулах, не выявлен. По способности формировать клубни между генотипами, которые обладают и не обладают маркером GBSS, значимых различий не выявлено, что свидетельствует о наличии аллельного варианта гена GBSSI у видов S. chacoense и S. pinnatisectum.
DOI: 10.1134/S0016675819110134
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ МЕСТНЫХ И СТАРОДАВНИХ СОРТОВ ЯБЛОНИ (Malus × domestica Borkh.) ИЗ КОЛЛЕКЦИИ ВИР ПО ДАННЫМ AFLP-АНАЛИЗА
1 Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений
имени Н.И. Вавилова, ул. Большая Морская, 42, 44, Санкт-Петербург, 190121 Россия; e-mail: ann2668@yandex.ru
2 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, ул. Губкина, 3, Москва, 119991 Россия
Впервые методом AFLP-маркирования проведена оценка генетического разнообразия 123 образцов яблони из коллекции научно-производственной базы “Пушкинские и Павловские лаборатории ВИР”, включая образцы сортов народной селекции, советской селекции, коммерческие отечественные и зарубежные сорта. Всего было получено 355 фрагментов, 319 из которых были полиморфными (89.86%), при этом каждый из образцов имел уникальный набор AFLP-фрагментов. Уровень разнообразия современных коммерческих сортов был ниже (74.11%, Не = 0.202, I = 0.302) по сравнению с сортами народной селекции (89.20%, Не = 0.238, I = 0.366). Показан широкий диапазон генетических различий между изученными образцами (0.99–0.63). Статистический анализ полученных данных позволил разделить образцы изученной выборки на две группы. Первая группа включает большую часть проанализированных сортов народной селекции, при этом не выявлено четкой дифференциации данных сортов по происхождению. Ко второй группе относятся современные коммерческие отечественные и зарубежные сорта яблони, сорта советской селекции и некоторые сорта народной селекции.
DOI: 10.1134/S0016675819110146
АЛЛЕЛЬНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ГОРДЕИН-КОДИРУЮЩИХ ЛОКУСОВ Hrd A И Hrd B У ДИКОГО (Hordeum spontaneum C. Koch) И КУЛЬТУРНОГО (Hordeum vulgare L.) ЯЧМЕНЯ В ИЗРАИЛЕ И ПАЛЕСТИНЕ
1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991 Россия; e-mail: a.pomortsev@gmail.com
2 Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия
Методом электрофореза в крахмальном геле изучен полиморфизм гордеинов, контролируемых локусами Hrd A и Hrd B, в 13 местных образцах культурного и в 31 популяции дикого ячменя из Израиля и Палестины. Для локуса Hrd A в H. spontaneum и H. vulgare идентифицированы 114 и 11 аллелей, для локуса Hrd B – 114 и 22 аллелей соответственно. Частоты аллелей локусов Hrd A и Hrd B в образцах дикого ячменя варьировали в пределах 0.0019–0.0910 и 0.0019–0.0743 соответственно, а культурного ячменя – в пределах 0.0143–0.4215 и 0.0071–0.200 соответственно. В израильских популяциях H. spontaneum и H. vulgare из 120 аллелей локуса Hrd A обнаружено шесть общих аллелей, а из 135 аллелей локуса Hrd B – только один. При этом в H. spontaneum присутствовали 18 аллелей локуса Hrd A и 15 аллелей локуса Hrd B, найденные нами ранее также в местных образцах культурного ячменя из различных стран, входящих и сопредельных с центром разнообразия ячменя. “Культурные” аллели локусов Hrd A и Hrd B обнаружены в основном в популяциях дикого ячменя из района озера Кинерет. В популяции H. spontaneum из Суситы присутствовали генотипы Hrd A3 B162 и Hrd A24 B65, обнаруженные и в местном культурном ячмене из Сирии и Иордании. В целом, анализ аллельного разнообразии гордеин-кодирующих локусов в популяциях израильского дикого ячменя, состава и распространения обнаруженных в H. spontaneum “культурных” аллелей и отдельных генотипов в местных образцах культурного ячменя из 20 стран показал, что некоторые популяции H. spontaneum из Израиля могли быть донорами отдельных аллелей и генотипов гордеин-кодирующих локусов для H. vulgare в результате интрогрессии при спонтанной гибридизации в ходе распространения культурного ячменя.
DOI: 10.1134/S0016675819110092
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЛОКУСОВ, АССОЦИИРОВАННЫХ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ (T. aestivum L.) К МУЧНИСТОЙ РОСЕ
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, 630090 Россия; e-mail: leonova@bionet.nsc.ru
Мучнистая роса, вызываемая грибным патогеном Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), является одним из вредоносных заболеваний мягкой пшеницы T. aestivum L. Выращивание сортов, характеризующихся генетической устойчивостью, – один из эффективных и экологически важных способов защиты от патогена. В работе было изучено генетическое разнообразие российских сортов яровой мягкой пшеницы по локусам устойчивости к мучнистой росе. Результаты фитопатологического скрининга 97 сортов показали, что не более 10% изученных образцов характеризуются низкой восприимчивостью к популяции Bgt, специфичной для региона Западной Сибири. С помощью ассоциативного картирования, выполненного на основании данных генотипирования маркерами SNP и фитопатологической оценки в течение трех полевых сезонов, были идентифицированы восемь локусов в хромосомах 1AL, 1DS, 2BL, 5AS, 5DS, 6AL, 6DL и 7AL. Высокий вклад в фенотипическое проявление признака установлен для генетических факторов, локализованных в хромосомах 5AS, 6AL и 6DL. В длинном плече хромосомы 6D картирован ген Pm6Ai=2, интродуцированный от пырея Thinopyrum intermedium, который обеспечивает эффективную защиту сортов от возбудителя мучнистой росы. На основании сравнительного анализа хромосомной локализации известных генов устойчивости и локусов, картированных в настоящей работе, было сделано предположение, что QTLs в хромосомах 1DS, 5AS, 6AL являются новыми, ранее неописанными локусами резистентности. Полученные результаты могут быть использованы для разработки молекулярных маркеров и отбора источников генетических локусов, определяющих устойчивость мягкой пшеницы к Bgt.
DOI: 10.1134/S0016675819110080
ОСОБЕННОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФЕРТИЛЬНОСТИ ПЫЛЬЦЫ ПОДСОЛНЕЧНИКА ПРИ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МУЖСКОЙ СТЕРИЛЬНОСТИ
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: irina_anisimova@inbox.ru
Изучали потомства от скрещиваний стерильной линии ВИР116А с ЦМС РЕТ1 с линиями восстановителями фертильности пыльцы RIL130, ВИР210 и ВИР740, различавшимися по типу цитоплазмы и наличию диагностических молекулярных маркеров гена Rf1. Пыльца растений F1 всех трех комбинаций скрещиваний была высокофертильной (89.9–98.3% окрашенных пыльцевых зерен, ПЗ). Каждая из популяций F2 (ВИР116А × RIL130, ВИР116А × ВИР210 и ВИР116А × ВИР740) расщеплялась по признаку фертильности пыльцы в соотношении 3 (фертильные) : 1 (стерильные). Среди фертильных генотипов F2 выявлены “малопыльцовые”, у которых при визуальной оценке наблюдалось меньше пыльцы, чем в норме. Их частота составляла примерно 9% от общего числа растений в каждой из популяций, что согласуется с результатами, полученными ранее при анализе других гибридных комбинаций. При цитологическом анализе пыльца “малопыльцовых” растений характеризовалась пониженной (по сравнению с высокофертильными растениями) частотой фертильных ПЗ (80–100 и 11–78% соответственно) и более высоким содержанием аномальных ПЗ (у “малопыльцовых” до 88.5%, у растений с нормальным уровнем фертильности – до 18). С помощью молекулярных маркеров HRG01 и HRG02 подтверждено присутствие доминантного аллеля Rf1 в генотипах фертильных растений F2 (в том числе и “малопыльцовых”), что свидетельствует об их высокой диагностической ценности. Обсуждаются возможные генетические механизмы появления “малопыльцовых” сегрегантов F2
DOI: 10.1134/S0016675819110079
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ, КОНТРОЛИРУЮЩИХ НЕКОТОРЫЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ЛЬНА (Linum usitatissimum L.)
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР), Санкт-Петербург, 190000 Россия; e-mail: e.porohovinova@vir.nw.ru
Взаимодействие 11 генов льна, контролирующих окраску гипокотиля, цветка и семян, деформацию лепестков, изучено с помощью генетического анализа. Все гены обладают плейотропным эффектом на несколько частей цветка, а также иногд