Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Каримов А.Я.

В эндоспермах зерен 19 сортов мягкой пшеницы, относящихся к виду T.aestivum L. были рассмотрены идентификация глиадинкодирование аллельных локусов запасных белков и электрофоретические спектры глиадина (объем, высота, площадь и молекулярная масса). Вместе с тем был подсчитан индекс генетической схожести этих сортов по глиадин электрофоретическому спектру. После определения при помощи мономерно белковых маркеров индекса генетической схожести сортов и, проанализировав по методу SPSS статистической программы генетическую близость сортов, была составлена дендрограмма. Ключевые слова: мягкой пшеницы, глиадин, генетической схожести, глиадиновые маркеры.

Статья в формате PDF

902 KB

Введение

Оценка селекционного материала на основе белкового маркера дает возможность достаточно быстро и качественно проводить отбор и контролировать передачу желаемых признаков от родительских форм в гибридные популяции. Вместе с тем, для селекции необходимо выявление новых и стабильных белковых маркеров для определения качества зерна пшеницы. Наиболее широко изучаемыми белками пшеницы являются запасные белки глиадин и глютенин. Полная характеристика отдельных фракций и компонентов белков отражается во многих научных исследованиях. Поэтому изучение генетической закономерности накопления белков в зерне различных сортов пшеницы и использование при идентификации генотипов пшеницы в роли маркера компонент глиадиновых белков является наиболе актуальной проблемой современности [1].

Практически ряд молекулярных маркеров используется при исследовании пшеницы. Вместе c тем, среди изученных молекулярных маркеров более досконально изучались микросателлитные SSR (Simple Sequence Repeat) маркеры ДНК.

Помимо того, что маркеры должны обладать особой спецификой, они должны быть еще и хорошо различимыми белками. Поэтому заранее изучаются биологическая специфика, молекулярное строение и другие биохимические структуры данных белков. Так как гены располагаются в различных локусах хромосом и в целом составляют геном, основываясь на принцип ген-белок, используя их как маркер, можно получить информацию о генотипе [2,14].

Хорошо известна значимость белков глиадина и глютенина в хлебопечении [12]. Качество хлеба напрямую связано с наличием или отсутствием специальных белковых единиц [8]. Кроме того, качество хлеба зависит от соотношения мономерных белков к полимерным белкам, а также от качества и объема распространения полимерных белков [9]. Глютеновые белки, глиадины и глютенины составляют 80-85% от общих белков муки и тем самым они придают эластичность и растяжимость пшеничной муке [15].

Одним из актуальнейших вопрос целевой науки является изучение синтеза генетического надзора над запасными белками глиадин и глютенин, составляющими основу эндосперма. Так как количество клейковины в зерне составляет 80-85% от запасных белков, эти белки называют белками клейковины [3,7].

Материал и методика

В качестве материала исследований использовались местные сорта мягкой пшеницы Азербайджанской Республики Акинчи-84, Гобустан, Нурлу-99, Азаметли 95, Рузи-84, Гырмызыгюль, Баяз, Парзиван-1, Парзиван-2, Шеки-1, Шафаг, Дурдана, Бирлик, Достлуг, Бол-Бугда, интродуцированные Дагдаш, Анза, Безостая-1, Саратовская-29. В зерне эндосперма этих растений были изучены запасные белки и составлены электрофореограммы глиадинкодирующих локусов Gld 1A, Gld 1B, Gld 1D, Gld 6A, Gld 6B, Gld 6D. Электрофоретический анализ проводился по методу W.Bushuk, R.R.Zillman, модифицированный Ф.А.Попереля и др. [4,5].

Результаты и обсуждения

В проводимых нами научных исследованиях наличие в генах глиадинкодирующих локусов большого количества аллелей привело к расширению каталога компонентов блоков глиадин аллелей.

Идентификация исследуемых сортов согласно генетической формуле электрофореограмм была претворена в жизнь на основе глиадинкодирующих локусов Gld 1A, Gld 1B, Gld 1D, Gld 6A, Gld 6B, Gld 6D и Gld 2-1А.

Во время проведения исследований запасные белки глиадина были условно разделены на 4 зоны и получили название ω-, γ-, β-, α-глиадины. Глиадины, находящиеся в зерне пшеницы-гетерогенные белки. Глиадины, будучи в форме мономерной цепи, составляют 50% зерна и по молекулярному весу в полиакриламидном геле имеет 4 различные формы (α-глиадин, β-глиадин, γ-глиадин, ω-глиадин) [16]. Все глиадины считаются мономерами, несмотря на то, что у них могут быть дисульфидные связи (ω-глиадин), а также цепочковидные дисульфидные связи (α-, β-, γ-глиадины) [10,11].

Была проведена идентификация компонентов блоков глиадиналлелей двух местных сортов: Экинчи-84, Эземетли-95 на основе электрофореограмм глиадинкодирующих локусов (рис. 1).

Рис. 1. Блоки компонентов аллелей в сортах мягкой пшеницы

Была определена частота встречаемости блоков компонентов аллелей в местных сортах пшеницы, таких как Акинчи-84, Gld 1A3, Gld 1B3, Gld 1D1, Gld 6A1, Gld 6B1, Gld 6D1 и Gld 2-1А3; блоков компонентов аллелей Гобустан, Gld 1A5, Gld 1B? новый, Gld 1D1, Gld 6A4, Gld 6B2, Gld 6D3 и Gld 2-1А3; Ниглу-99, Gld 1A5, Gld 1B3, Gld 1D1, Gld 6A4, Gld 6B2, Gld 6D2 и Gld 2-1А3; а также в сорте Гырмызыгюль, Gld 1A5, Gld 1B1, Gld 1D1, Gld 6A2, Gld 6B2, Gld 6D2. Однако, в сорте Гырмызыгюль Gld 2-1А3 блоков компонентов аллелей не встречалось.

Во время проведения электрофоретического анализа стало известно, что в зернах сортов мягкой пшеницы Гобустан, Нурлу-99, Рузи-84, Гырмызыгюль, Дурдана были идентифицированы глиадинкодирующие локусы, отвечающие за синтез запасных белков Gld 1A5, в сорте Азаметли-95, Gld 1A6, в сортах Парзиван-1, Шеки-1, Достлуг, Бирлик, Дагдаш, Безостая-1 (St) и Анза Gld A4; в сортах Акинчи-84, Бол-бугда, Баяз Gld 1A10, а в сорте Шафаг Gld 1A2. Таким образом, в местных сортах мягкой пшеницы частота повторяемости блоков компонентов глиадин аллелей различна. В этих сортах блоки компонентов аллелей Gld 1A5 по сравнению с блоками Gld 1A4 и Gld 1A6 встречаются довольно чаще. Блок Gld 1A5 в азербайджанских сортах встречается чаще, поэтому высокий показатель качества семян этих сортов соответственно выше. Это дает основание сделать вывод, что качество этих семян есть молекулярный белковый маркер.

В результате вышеизложенного можно заключить, что частота встречаемости глиадинкодирующих локусов аллелей в мягкой пшенице связана с генетическим аппаратом, этих же глиадинкодирующих локусов.

В вышеуказанных сортах Экинчи-84, Нурлу-99, Эземетли-95 и Дурдана Gld 1B3, Гырмызыгул, Рузи-84, Безостая-1, Анза, Бирлик, Достлуг, Перзиван-2, Шефег, Дагдаш Gld 1B1 была проведена идентификация блоков компонентов. В сортах мягкой пшеницы Экинчи-84, Саратовская-29, Бол-бугда, Беяз, парзиван-1 Gld 6D1, Нурлу-99, Гырмызыгуль, Анза, Дурдана Gld 6D2, Гобустан, Эземетли-95, Рузи-84, Дагдаш, Бирлик, Достлуг, Перзиван-2, Шеки-1 Gld 6D3, Безостая-1 (St), Шефег Gld 6D4 была проведена идентификация блоков компонентов аллелей.

Gld 1A4 блок компонентов наблюдался у классических сортов Безостая-1 (St), Дагдаш (Турция), Парзиван-2, Шеки-1. На основании литературных данных этот блок является маркерам качестве хлеба [6].

Наряду с хромосомой Gld 1A глиадинкодирующих локусов выявлен локус Gld 2-1A, который локализуется там же и контролирует синтез этого спектра.

В сортах Экинчи-84, Гобустан, Нурлу-99, Эземетли-95, Рузи-84, Бол-бугда, Бейаз, Парзиван-1 Gld 2-1A1 были выявлены блоки компонентов аллелей (табл. 1).

Во время исследований местных сортов (Гобустан, Бол-бугда, Беяз и Шеки-1) были обнаружены новые блоки компонентов аллелей (рис. 2, 3).

Рис. 2. Электрофореграммы глиадинокодирующих локусов мягкой пшеницы

1 - Экинчи-84, 2 - Гобустан, 3 - Нурлу-99, 4 - Гырмызыгул, 5 - Безостая (st),
6 - Эземетли- 95, 7- Анза, 8 - Рузи- 84, 9 - Саратовская-29

Рис. 3. Электрофореграммы запасных белков глиадина в сортах мягкой пшеницы

10 - Дагдаш, 11 - Дурдана, 12 - Бирлик, 13 - Бол-бугда, 14 - Безостая (st), 15 - Бейаз,
16 - Анза (marker), 17 - Достлуг, 18 - Парзиван-1, 19 - Парзиван-2, 20 - Шеки-1, 21 - Шефег

Таблица 1

Формулы глиадиновых локусов

Используя известные электрофоретические спектры сорта мягкой пшеницы «Анза» (Америка), а так же электрофореограммы электрофоретических спектров местных и других сортов мягкой пшеницы при помощи статистической программы «Био Капт» были подсчитаны молекулярная масса и другие показатели (объем спектра, высота, площадь и др.), (рис. 4).

Рис. 4. Молекулярная масса у сорта мягкой пшеницы Анза

Объем 8 спектра «Анза» 348562, площадь 1564, молекулярная масса 64.200, 10 спектра объем 2770, площадь 23, молекулярная масса 61.500. Однако у местного сорта Экинчи-84 объем 1 спектра 431870, площадь 1794, молекулярная масса 97394 больше чем у «Анза» (маркер). Был подсчитан объем 10 спектра 2990, площадь 23, молекулярная масса 59.787. Объем 7 электрофоретического спектра Гобустан 398312, площадь 1728, молекулярная масса 64.690, объем 13 спектра 4272, площадь 24, молекулярная масса 52.498, У Гырмызыгюль объем 16 электрофоретического спектра 514028, при площади 2300, молекулярная масса 34.116, что отличает его от «Анза» и других сортов высокими показателями. Объем 14 спектра 3012, площадь 23, молекулярная масса 44281. В результате анализов молекулярная масса запасных белков глиадина и высота спектра резко отличалась по сортам. Однако объём электрофоретических спектров и их площадь в значительной степени отличалась от сорта «Анза», взятого как маркер (табл. 2).

Таблица 2

Электрофоретические спектральные анализы глиадина в сортах Анза, Экинчи-84, Гобустан и Гырмызыгуль мягкой пшеницы

После проведения глиадиновой экстракции и электрофореза в зёрнах мягкой пшеницы, генетической индекс схожести между сортами был пронумерован по методу «1» и «0». Колонки, стоящие в одном и том же месте были пронумерованы «1», другие же неподходящий по площади колонки-пронумерованы «0», индекс схожести был подсчитан на основании статистической программы SPSS. Для того, чтобы выявить генетическую близость образцов по индексу схожести используется кластерный анализ и составляется дендрограмма. При подсчёте индекса генетической схожести стало известно, что у сортов Нурлу-99, Дагдаш, Рузи-84, и Эземетли-95, Шеки-1 индекс схожести между ними более близок, у сортов Гырмызыгуль, Саратовская-29- сравнительно близок. Вместе с тем, между сортами мягкой пшеницы Гобустан, Рузи-84, Саратовская-29, Дурдана, Парзиван-1, Дагдаш и Шеки-1 индекс схожести был довольно далек (табл. 3).

Таблица 3

Индексы схожести между сортами мягкой пшеницы

У сортов мягкой пшеницы при помощи мономерных проломиновых белковых маркеров была исследована генетическая близость и, используя статистическую программу NTSYS-pc (numerical taxonomy and multivarion analysis sistem-2.00) была построена дендрограмма. Как видно на рисунка 5 дендрограмма делится на основную большую и две малые части. Первая большая часть делится на два яруса. В первом ярусе сгруппировались сорта Экинчи-84, Нурлу-99, Рузи-84, Дагдаш, Дурдана а во втором ярусе сорта Эзаматли-95, Шеки-1, Парзиван-1, Шнфег и Бирлик, генетически более близкие друг другу. Сорта Гырмызыгуль, Саратовская-29, и Баяз составили вторую малую часть, а сорта Гобустан, Бол-бугда, Достлуг и Парзиван-2 сгруппировались в третьей малой части (рис. 5) [13].

Рис. 5. Группировка сортов мягкой пшеницы по глиадиновым маркерам

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• 1. Mahmudov R.U., Buğda dəninin qliadin zülalları və seleksiyada ondan istifadə imkanları. Az.Elmi-Tədqiqat Əkinçilik İnstitutunun elmi əsərləri məcmuəsi XXI cild. Bakı-2005, s.191-196
• 2. Конарев А.В., Конарев В.Г.,
  Губарева Н.К., Пенева Т.И. Белки семян как маркеры в решении проблем генетических ресурсов растений, селекции и семеноводства. Цитология и генетика, 2000, т. 34, № 2, с. 91-104.
• 3. Попереля Ф.А., Бито М., Созинов А.А. Связь блоков компонентов глиадина с выживаемостью растений и их продуктивностью, окраской колоса и качеством гибридов F2 от скрещивания сортов Безостая 1 и Црвена Звезда // Докл. ВАСХНИЛ. - 1980. № 4. С. 4-7.
• 4. Попереля Ф.А. и др. Определение гибридности семян кукурузы по электрофоретическим спектрам зеина. Доклады ВАСХНИЛ, 1989, № 3.
• 5. Созинов А.А., Попереля Ф.А. Методика вертикального дискового електрофореза белков в крахмальном геле.// Информационный бюллетень СЕВ, 1974, вып.№1, с.135-144.
• 6. Созинов А.А. Полиморфизм белков и его значение в генетики и селекции. Москва, «Наука», 1985, с. 272.
• 7. Bashuk W. and Zillman R.R. Wheat cultivar identification by gliadin electrophore-grams. I.Apparatus, method and nomenclature. Cand. J.Plant Sci., 1978, vol. 58, p. 505-515.
• 8. Gupta. R.B., Singh. N.K., Shepherd. K.W. 1989. The cumulative effect of allelic variation in LMW and HMW glutenin subunits on dough properties in the progeny of two bread wheats. Theoretical and Applied Genetics 77, 57-64.
• 9. Johansson. E., Prieto-Linde. M.L. and Jönsson. J.Ö. 2001. Effects of wheat cultivar and nitrogen application on storage protein composition and breadmaking quality. Cereal Chemistry 78, 19-25.
• 10. Müller. S., Wieser. H. 1995. Disulphide bonds of alfa-type gliadins. Journal of Cereal Science 22, 21-27.
• 11. Müller. S., Wieser. H. 1997. The location of disulphide bonds in monomeric gama-gliadins. Journal of Cereal Science 26, 169-176. 36.
• 12. Morrison. W.R. 1988. Lipids. In Wheat: chemistry and technology, Pomeranz, Y., ed. (St.Paul., USA, American Association of Cereal Chemists), 373-439 pp.
• 13. Rohlf F.J. (1998) NTSYS-PC. (Numerical Taxonomy and Multivarion Analysis Sistem, version 1.80) Exeter Software, Setauket, NY.
• 14. Shepherd K.W. Chromosomal control of endosperm proteins in wheat and rye // Proc. 3^rd Intern. Wheat Genet. Sump., Canberra, Austral. Acad. Sci., 1968, p. 86-96.
• 15. Shewry P.R., Napier J.A., Tatham A.S. 1995. Seed storage proteins: structures and biosynthesis. The Plant Cell 7, p.945-956.
• 16. Woychik J. H., Boundy J. A., Dim-
  ler R.J. 1961. Starch gel electrophoresis of wheat gluten proteins with concentrated urea. Archieval Biochemistry and Biophysics 94, p.477-482.

Библиографическая ссылка