Попытки связать эффект гетерозиса с молекулярными маркерами предпринимались и другими исследователями (Азарин, 2011 Орловская и др., 2012 Rex Bernardo, 1994). В спектрах линий подвида зубовидной кукурузы маркерный компонент 67 проявляется очень слабо.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. Т. 170. СПб.: ВИР, 2012. С. 147

157.



УДК 633.15:631.523:581.192


ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗО
ВАНИЯ ЗЕИНОВЫХ МАРКЕ
РОВ В ПОВЫШЕНИИ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
ГЕТЕРОЗИСНОЙ

СЕЛЕКЦИИ КУКУРУЗЫ





В.В.Сидорова, Г.В.Матвее
ва, Ю.А.Керв, А.В.Конарев

Всероссийский научно

исследовательский институт растениеводства им
.

Н.И. Вавилова
РАСХН, Санкт

Петербург, Россия,
e

mail
:
a
.
konarev
@
vir
.
nw
.
ru




Резюме


Зеиновые маркеры


электрофоретические спектры запасного белка семян кукурузы
(зеина) использовали в анализе инбредных линий, сортов и гибридов из мировой коллекции
ВИР им. Н.И.Вавилова и полученных от селекционеров. Выявлены зеиновые маркеры
гибридности. Эффективность маркеров продемонстрирована на гетерозисных гибридах.
Показано: чем больше различий в спектрах родительских линий, тем больший гетерозисный
эффект можно ожидать от гибридной комбинации. Применение белковых (зеиновых)
маркеров поз
воляет осуществлять объективный контроль за степенью генетической
однородности линий, выявлять генетически более отдаленные линии для получения
максимального гетерозисного эффекта, определять «процент» гибридности и т.д.

Ключевы
е

слова:

кукуруза, электрофо
ретические спектры зеина, гибридность, высокий
гетерозисный эффект

POSSIBI
LITIES OF
ZEIN M
A
RKERS IN MAIZE
HETEROSIS BREEDING

IMPROOVING

V.V.Sidorova
, G.V.Matveeva, Yu.A.Kerv, A.V.Konarev

1
N.I.Vavilov
All

Russian Research
Institute of Plant Industry (VIR)
,

RAAS,

St
.
Petersburg 190000
e

mail:
[email protected]

Summary


Zein markers


electrophoretic patterns of maize seed storage proteins (zein) for analysis inbred
lines, varieties and hybrids from N.I.Vavi
lov Institute world collection and received from breeders
were used.
Zein m
arkers of
hybridity corn are revealed. Efficiency of markers was shown on
heterosis hybrids; comparing zein spectra, it is possible to assume (to predict) wh
ich

lines at
crossing
give high heterosis hybrids: the more differences (distinctions) have spectra of parental
lines, the greater heterosis effect it is possible to expect from a hybrid combination.
Zein markers
of maiz may be used in breeding, for evaluation of homogeneity
and marking of inbred lines, to
reveal parental lines with essential zein pattern differences for high heterotic effect, to determin
e of
seed hybridity level in hybrid maize seed production.


Key words:

maize,

zein electrophoretic spectra, hybridity,
hig
h heterotic effect



В
ведение

Успехи в создании гетерозисных гибридов в значительной мере определяются
правильным подбором исходного материала для скрещиваний


самоопыленных
(инбредных) линий. Высокогетерозисные гибриды кукурузы, как правило, получаются о
т
скрещивания генетически разнокачественных инбредных линий. Отмечено, что для
получения гетерозисного эффекта генетические различия между родительскими формами
могут иметь даже большее значение, чем комбинационная способность
(
Шмараев, 1974;
Югенхеймер,
1979)
.

В ряде стран значительные усилия были потрачены на получение
гибридов кремнистой и зубовидной кукурузы. В Европе селекционеры создавали линии
кремнистого по
двида кукурузы, а в США



зубовидного. Некоторые гибриды созданные на
основе этих линий имели

высокую степень гетерозиса. Инбредные линии кремнистого
подвида кукурузы вносят в гибриды такие ценные качественные признаки, как раннее и
дружное созревание, хорошую всхожесть и мощность проростков при пониженных
температурах. Родительские формы зубовидн
ой кукурузы придают гибридному потомству
высокую урожайность, устойчивость к болезням и полеганию растений.

В селекции кукурузы анализ популяций, сорт
ов, линий и гибридов осуществляет
ся в
основном по морфологическим признакам. Подавляющая часть генетически
х различий при
этом не выявляется
(Конарев, 2001)
.

Поиск удачных гетерозисных гибридных комбинаций
кукурузы проводится преимущественно путем скрещивания огромного количества
инбредных линий между собой или известных простых гибридов с модифицированными
ус
таревшими инбредными линиями.
В

скрещиваниях используют
в основном
один и тот же
набор исходных родительских форм. Это, как правило, приводит к обеднению
генетического пула используемого селекционного материала и может, например, вызвать
вспышки болезней

на посевах кукурузы

(
Ullstrup
, 1972
)
.

Существенный сдвиг на пути к раскрытию генетической гетерогенности в
морфологически однородных популяциях произошел благодаря появлению методов
молекулярного анализа, основанных на белковых и ДНК

маркерах. Эти методы

позволяют с
большей полнотой и надежностью выявлять полиморфизм популяций, идентифицировать и
регистрировать генотипы, определять их соотношение в популяциях, линиях и т.п.

(Конарев,

2001
).

Поскольку инбредные линии интенсивно используются для получения г
ибридов
кукурузы (в гибридной селекции кукурузы) необходимы знания генетической природы и
родства среди мирового генофонда линий, понимание распределения у них генетического
разнообразия
(
Pejic

et

al
., 1998;
Liu

Kejun

et

al
., 2003)
. Эффективность анализа и
сходного и
селекционного материала с использованием молекулярных маркеров показана в последние
десятилетия в работах отечественных и зарубежных исследователей
(Конарев, 2001, 2002,
2006; Кудрявцев, 2009;
Pejic

et

al
., 1998;
Liu

Kejun

et

al
., 2003;
Nagy

et

al
., 2009).

В селекции и семеноводстве кукурузы особенно актуальны проблемы идентификации и
маркирования инбредных линий, контроль их

гомозиготности,

выявление степени
генетических различий линий и, наконец,

оценка зерна

межлинейных гибридов на уровень
г
ибридности.

Среди различных методов и маркерных систем наиболее удобным и надежным для
решения этих проблем оказал
ся

электрофорез генетически полиморфного запасного белка
семян кукурузы


зеина
(Сидорова и др., 1987,1998; Конарев и др., 1990, 2000)
.
Анал
из
полиморфизма зеина положен в основу международных и отечественных стандартных
методов идентификации линий и сортов, а также оценки степени
гибридности

кукурузы
(Конарев и др., 2000)
.

Электрофоретический анализ зеина позволяет оценивать инбредные
линии н
а генетическую неоднородность
. Многочисленными исследованиями показано:

у

генетически чистой линии все зерна выборки (50

100 семян) дают одинаковый спектр. По
компонентному составу спектров зеина можно с большой долей вероятности говорить о
степени генетич
еского родства тех или иных линий между собой
(Сидорова и др., 1987, 1998;
Конарев, 2001)
.

Т. И. Пеневой

и др.

на основании результатов изучения большого числа линий и сортов
ржи сделано заключение, что сведения о составе и встречаемости спектров и компоне
нтов
проламина линий и сортов ржи можно использовать при подборе пар для скрещивания,
анализе их комбинационной способности и для прогнозирования возможного гетерозисного
эффекта

(
Конарев, 2006;
См
.

настоящий сборник: Пенева и др., 2012).

Ранее связь эффек
та
гетерозиса с числом специфических компонентов проламина у родительских линий была
показана нами для сорго
(
Konarev

et

al
., 1995)
.

Попытки связать эффект гетерозиса с
молекулярными маркерами предпринимались и другими исследователями (
Азарин, 2011;

Орл
о
вс
кая и др., 2012;
Rex

Bernardo
, 1994).

В задачу настоящей работы входило выяснение связи между компонентным составом
зеина родительских линий кукурузы и эффектом гетерозиса. Это в первую очередь
необходимо для повышения надежности предсказания эффекта гетер
озиса и, соответственно,
подбора родительских линий для гибридизации.


М
атериал и м
етоды

Материалом для данных исследований
послужили 9 сортов, более

250

линий

и
гибрид
ов

кукурузы из коллекции ВИР им Н.И.

Вавилова, а также селекционных учрежд
ений
России,
Украины и Молдавии
.

Электрофорез зеина


запасного белка зерна кукурузы проводили в вертикальных
пластинах ПААГ по стандартной методике

(Сидорова и др., 1998; Конарев и др., 2000)
.
Гелевая пластина содержит 10% акриламида и 8 М моч
е
вину. В раствор для экст
ракции
зеина входит 6 М мочевина и 0,01 М дитиотрейтол. Электрофорез проводится без
охлаждения в течение 5 ч при напряжении 500

580 В.

Эле
к
трофоретический спектр зеина содержит от 12 до
22

основных компонентов. При
регистрации их записывают в величинах эле
ктр
о
форетической подвижности (rf)
. Позиции
основных компонентов зеина изученных нами инбредных л
и
ний находятся в пределах rf 36

86. Для оценки интенсивности компонентов использована трехбалльная шкала
(Сидорова и
др., 1998; Конарев и др., 2000, 1990)
. На р
ис
.

1

представлены суммарный (эталонный) спектр
электрофоретических компонентов зеина, пример спектра инбредной линии и записи ее
спектра в виде формулы зеина.



Рис. 1.

Номенклатура электрофоретического спектра зеина и запись зеиновой формулы
инбредной л
инии кукурузы. I


эталонный ЭФ спектр, II


спектр инбредной линии F 2,

III


запись линии F 2 по ЭФ эталону


Результаты и обсуждение

Изучение инбредных линий и сортов кукурузы из коллекции ВИР
.
И
зуч
или

компонентный состав спектров зеина большого числа
самоопыленных
линий,
использованных при создании наиболее известных высокогетерозисных

районированных
гибридов кукурузы, а также

линии п
одвидов кремнистой, зубовидной,

полузубовидной

и
лопающейся

кукурузы. Установлено, что большинство линий имели
характерн
ые
(
собственные
специфические)
типы спектров.
Б
ыла установлена идентичность (или
близость) спектров зеина сестринских линий кукурузы
(Сидорова и др., 1998)
.

В электрофоретических спектрах зеина

изученных линий

идентифицированы основные
(или маркерные) комп
оненты


ис. 1)
, по которым в дальнейшем проводился сравнительный
анализ инбредных линий, сортов и гибридов кукурузы
(Сидорова и др., 1998)
.

Выяснено, что отдельные компоненты в белковых спектрах могут быть сцеплены
между собой и
служить в качестве
«
маркер
ных

комбинаци
й
», состоящи
х

из 2

3 компонентов.
Отдельные компоненты таких блоков могут
быть
самостоятельны
ми

маркер
ами
.

Все изученные линии мы разделили на две основные группы. В первую вошли линии с
маркерной комбинацией 38

57 (т.е. с компонентами 38 и 5
7). Во вторую


линии без
компонента 57, но с комбинацией таковых 36

39 (за исключением некоторых линий с
38
компонентом).

В электрофоретических спектрах
линий
, как с комбинацией компонентов 38

57, так и
без нее, встречаются другие ма
ркерные ком
бинации
(
52

67 и 64

69
)
, а также различные
сочетания компонентов
:

63

и
64, 63

и
65, 63

и
6
6, 63

и
67 и

только


63 компонент
;

в

редких
случаях



отсутствие компонентов с подв
ижностью от 63 до 69
.

Некоторые линии

проявляли

индивидуальные особенности в составе компонен
тов с подвижностью от 45 до 51.

Зону
компонентов с подвижностью от 70 до 86 при обсуждении результатов мы н
е учитывали, так
как она мало информативна

для решения поставленных задач.


При сравнении двух основных групп линий

по компонентному составу зеина

бы
ло

установлено, что в первую (
с комбинацией
38

57
)

вошли почти все инбредные

л
инии
кремнистого подвида и много

линий
подвида зубовидной

кукурузы. Во вторую

группу (без
компонента 57) вошли в основном линии
подвида зубовидной

кукурузы и несколько линий
подв
ида кремнистой
.

Анализ
тип
ов

спектров
большого числа

стародавних местных


сортов

кукурузы
показал, что


маркерная комбинация компонентов 38

57
наиболее
характерна для
сорт
ов

подвида кремнистой

кукурузы
:

Gloria Janetzis


100%, Schindelmeiser


98%, Стари
нская
местная


81% и Кремнистая 880Т


52% .
У

сорт
а

подвида зубовидной

кукурузы Funk’s Crug
Corn
спектры с маркерными компонентами 38

57 не встречаются. В других сортах
подвида
зубовидной

кукурузы ко
личество спектров без маркерной комбинации 38

57

немног
о


35%
у Reid’s Yellow Dent, 26% у Lancaster Schar Crop и 19%


Sterling White
.
В сортах кремнистой
кукурузы количество таких спектров еще меньше и составляет 19% у Старинской местной,
3% у Schindelmeiser, а в сорте Gloria Janetzis таких спектров нет
.

Уст
ановлено, что и
нбредные л
инии, в спектрах которых присутствует маркер
ная
комбинация 52

67, относятся в основном к
подвиду зубовидной

кукурузы. Соответственно в
спектрах сортов зубовидного подвида кукурузы встречаемость тип
ов спектров с
такой
комбинацией
н
аибольшая



например,

в сорте Lancaster Schar Cro
p


100%
. В спектрах
линий
подвида кремнистой

кукурузы
комбинация компонентов 52

67 встречается
очень
редко.
Эта маркерная комбинация

отсутствует

и

в спектрах сортов
подвида кремнистой

кукурузы (Кремнистая
880Т, Schindelmeiser и Gloria Janetzis).

Маркерная комбинация компонентов 64

69 встречается в спектрах некоторых линий
как кремнистого, так и зубовидного по
двидов кукурузы.
Среди
сортов

встречаемость
спектров с
этой комби
нацие
й компонентов наибольшая

у

сорт
а

подвида зубовидной

кукурузы Funk’s Crug Corn




96%
.

У

сорт
а

К
ремнистая 880Т


58%,
а
в популяции
BS
16
Eto



63%. В спектрах других сортов такая

комбинация встречается редко (Gloria Janetzis


17%,

Schindelmeiser


4%
) или совсем не встречается
(
Reid

s

Yellow

Dent
, Старинская местная,
Sterling

White

и
Lancaster

Schar

Crop
)
.

Гораздо больше выявлено

инбредных

линий
, имеющих

в спектрах

маркерные
компоненты 63 и
64. В основном это линии
подвида зубовидной

кукурузы и только
несколько линий
подвида кремнис
той кукурузы
. Соответственно
,

в сортах
подвида
зубовидно
й

кукурузы встречаемость
типов спектра с компонентами 63 и
64


наибольшая
(
Lancaster

Schar

Crop

и
Sterling

White



100%
)
.

Типы спектров с компонентами

63 и
65 встречаются у незначительного числа лини
й как
кремнистого, так и зубовидного подвидов кукурузы.

Наибольшая встречаемость спект
ров с
компонентами 63 и
65

отмечена

в сортах

подвида кремнистой

кукурузы Schindelmeiser

(85%)
и Кремнистая 880Т (63%)
, в сорте

подвида зубовидной

кукурузы Reid’s Yellow D
ent (27%). В
других изученных с
ортах спектры с компонентами 63 и
65 не встречаются.

В селекционных программах широко используются линии зубовидного подвида
кукурузы
, в спектрах которых присутствуют компоненты

63 и
66.
Т
аки
х

компонент
ов

не
т у

линий
подвида
кремнистой

кукурузы.

Тем не менее,
они встречаются

в спектрах

зеина

сорт
а

подвида кремнистой кукурузы Старинская местная.

Сочетание компонента 63 с интенсивным компонентом 67 встречается только в
спектрах линий
подвида
кремнист
ой

кукурузы
. Со
ответственно,
в сорте
подвида кремнистой

кукурузы Gloria Janetzis
это
сочетание компонентов м
ожно встретить у 83% спектров. В
спектрах

линий

подвида

зубовидной кукурузы маркерный компонент 67 проявляется очень
слабо.

Среди линий, в спектрах которых в зоне с подвижность
ю компонентов от 63 до 69
обнаружен единственный компонент 63, много линий
подвида
зубовидно
й кукурузы

и
только две подвида кремнистой кукурузы
. Сорт
подвида
зубовидной кукурузы Reid’s Yellow
Dent имеет 13% таких спектров. В остальных изученных сортах

под
обные типы спектра не
встречаются
.

Выделена

группа из
десяти

лин
ий, в спектрах которых присутствует

интенсивный
компонент 38. Обычно он сцеплен с маркером 57, но в данном случае «38» выступает как
самостоятельный

маркерный

компонент. Ему сопутствует менее

интенсивный компонент 45
и группа интенсивных компонентов

48

49

50
. Можно предположить, что эти линии

кукурузы
сестринские
.

Хотя
они имеют разное названи
е и созданы в разных странах

они,

видимо,
созданы

на основе классической линии Р
502.

Анализ
селекционн
ого материала.

В селекции при создании

новых инбредных линий

кукурузы

часто
используют староместные сорта
. Основное условие


подбор генетически
разнородного материала. Выбрать сорт, с которым лучше скрестить ту или иную линию
можно с помощью молекулярных
маркеров. Так Гаркушка В.Г.
(
Кубанск
ая

опытн
ая

станци
я

ВИР


КОС ВИР) на основе гибрида между высо
ко

полиморфным сортом
подвида
кремнистой

кукурузы Schindelmeiser и

французской

линией
подвида кремнистой кукурузы

(
с
маркерными комбинациями

38

57 и

64

69)
со
здал
ценную с высокой комбинационной
способност
ью линию 205
МВ
. Скрещиваемые формы были

очень разными

не только
фенотипически, но и

по спектрам зеина: в сорте Schindelmeiser спектров с комбинацией
компо
не
нтов 64

69 оказалось всего 4% (р
ис.
2
)
.


И
сходя из со
става спектров зеина,
можно предположить как
ие

линии

и
сорт
а

при
скрещивании да
дут

высокогетерозисное

гибридное

потомство. Напр
имер, для получения
сорто
л
инейного гибрида Харьковский 10
ТВ использовали сорт Старинская местная и линию
Харьковская 46. В сорте
Ст
аринская местная присутствует

83% генотипов с маркерной
комбинацией 52

66 (из них 81% с маркером 57), тогда как в спектрах линии этих
комп
онентов нет
. Таким образом, чем больше различий в спектрах скрещи
ваемых образцов

по маркерным компонентам, тем больш
его гетерозисного эффекта можно ожидать от
гибридной комбинации


ис
.
2
).


Рис. 2.

Сопровождение зеиновыми маркерами
процесса

создания новой инбредной линии
(205
МВ
)

и наследование маркерных компонентов в гибриде (Г) Харьковск
ий

10ТВ
(Старинская местная


Харьковская 46).


И
звестно, что в результате много
кратных самоопылений у линий снижается

устойчивость к болезням, урожайность и др
угие

биологические и хозяйственные

показатели.
Такие линии можно улучшить
.

П
римером может служить улучшение
родительских
линий
выдающегося

районированного

гетерозисного гибрида В73


Мо17. После восьмикратного
самоопыления гибрида Мо17СВ


ХМ552 В. Г. Гаркушка вывел

из него линию 552СВ,
которая существенно отличается по маркерным компонентам
от Мо17СВ
. В ее
электрофоретическ
ом спектре обнаружен четкий маркерный компонент 64.

Улучшенную
линию использовали при

создании гибрида 673


552СВ. Линия 673


это улучшенная версия

линии В
73
. В спектре линии 673 выявлены интенсивные компоненты 63 и 66. Таким
образом, в результате селекц
ионной работы увеличилась разница между двумя
«улучшенными линиями» по составу маркерных белков
, благодаря чему увеличилась
гибридная мощность кукурузы
. Маркер 64 от отцовской линии позволяет точно опр
еделить
процен
т гибридных семян (
р
ис.
3
).

Рис. 3.

Сопр
овождение зеиновыми маркера
ми процессов улучшения инбредных

линий

(
673
и 552СВ
) и
выявление маркеров гибридности у простого

(673


552СВ) и трехлинейного
(
Кр710



Кр752)




092

гибридов

(Г)


КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко

предоставил для оценки

трехлинейный
гибрид (Кр710



Кр752)



092, где линия Кр710 по составу компонентов в спектре по
хожа на несколько
измененную лин
ию Мо17, а линия 092


на линию В73. В простом гибриде Кр710



Кр752
маркером гибридности служит

комбинация

компонент
ов 38

57, которая отсутст
вует
в
материнской линии Кр710. В трехлинейном гибриде маркером гибридности может служить

интенсивный

компонент

55 (р
ис.
3
).

Другим пример
ом

улучшения
ли
ний

на
КОС ВИР является
создание

линии кукурузы
347
зМ

из простого гибрида P
346


СG
10 (девять самоопылен
ий). По основным маркерным
компонентам линия 347 оказалась ближе

к линии СG
10. В ее спектре нет компонента 57 и
хорошо представлены компоненты 38 и 64.
Л
инии

кукурузы

347

и 205 использованы для
получения трехлинейного гибрида Кубанский 247 (34

7432)



205
МВ.

Компонент

69 из

спектра
отцовской линии

205


хороший маркер для установления

процента гибридности
семян (рис.
4
).


Рис. 4.

Сопровождение белковыми спектрами процесса создания новых линий 347 и 205МВ
(см. рис. 2) и наследование их маркерных компонен
тов в трехлинейном гибриде Куб
анский
247МВ (347М


432)


205
МВ

(Г)


У селекционеров с
уществует мнение,

что

некоторые линии в «норме» в своем составе
могут иметь два

три биотипа. Мы считаем, что уровень гомозиготности линий в
большинстве случаев зависит от

стиля работы селекционеров, создающих линии. Нами
проанализировано несколько идентичных инбредных

линий, полученных из разных
селекционных учреждений. Среди них идентифицированы линии, имеющие

один тип
спектра, например: Сг
25 (колхоз им. Фрунзе,

1984), W6
4 (КНИИСХ, 1984) и A
344 (КОС
ВИР, 1987). Наличие нескольких генотипов у одной и той же линии селекционеры часто
связывают с переводом их «на стерильную основу». Мы сравнили спектры фертил
ьной и
стерильной формы линии W
64 (КНИИСХ, 1984). Белковые формулы у
обеих форм оказались
одинаковыми и представленными только одним биотипом. Такой же опыт мы провели с
линией A 344, полученно
й из разных учреждений. Линия A
344 из КОС ВИР (1987) была
однород
на по спектрам зеина, а линия A
344 из КНИИСХ (1984), как фертильная
, так и
стерильн
ая

имели по нескольку генотипов (р
ис. 5
).


Рис. 5.

Примеры контроля гомозиготности линий кукурузы по электрофоретическим
спектрам зеина.


Гомозиготность линии можно контролировать методом электрофореза, который
показывает селекционеру, чт
о процесс создания той или иной линии завершен. Есть лин
ии,
которым требуется 4

5

самоопылений, чтобы достичь гомозиготности, другим


до 9 и
больше. Метод электрофореза позволяет
более объективно
судить о завершенности
процесса
, улучшая «качество»

инбредн
ых линий
.


Мы проанализировали типы спектров линий, с использованием котор
ых были
получены многие районированные

гиб
риды.
Л
иния

А
344 (с компонентом 66 в спектре)

подвида
зубовидной кукурузы
с высокой

комбинационной способностью была использована

в качестве

материнской формы

при создании многих отечественных простых, тр
ехлиней
ных
и двойных
межлинейных
гибридов, например, A
344


Т22, A
344


Т
23

(Кубанский 275М)

и
A
344


Т
135 и др.

В этих гибридах отцовскими формами служили линии кремнистой
к
укурузы из Болгар
ии. В линиях Т
22

и Т
23 обнаружены маркеры 45 и
46
,

а

в линии Т
135


63 и
65
пр
и отсутств
ии

компонент
а

66
(рис. 6
).


Рис. 6.

Наследование маркерных компонентов зеина в простом гибриде Ку
банский
275М (А344



Т23)

и двойном межлинейно
м гибриде Днепровский 5
05МВ Р3978



(А344


А619) при скрещивании материнской линии А344 с отцовскими линиями различных
подвидов


Существует мнение, что
для достижения эффекта гетерозиса
скрещивание двух линий

подвида

зубовидной
кукурузы не целесообразно
. Наиболее продуктивные
гибриды
получаются
,

как правило
,

при скрещивании зубовидных и
кремнистых форм. Однако линию
A
344 (материнская форма) успешно скрещивали с другими линиями зубовидной кукурузы
:

А619, W153R, ГК44, A357 и A
334.
Е
сли родительские линии создаются на основе разны
х
сортов зубовидной кукурузы и существенно отлича
ю
тся друг от друга по наличию
маркерных компонентов в спектрах, то в результате получаются гибриды с высоким
гетерозисным эффектом. Так выше перечисленные отцовские линии имеют специфичные
маркерные комбинац
ии, которые не встречаются в спектрах м
атеринской линии: А
619


52

67 (маркерные компоненты гибриднос
ти 52 и 67); W
153R


63 и
64

(маркер


64). Линии
ГК44 и A
357 также имеют ком
бинацию 63

64

66 (но без маркерной комбинации 38

57).
Отсутствие компонента не

может служить показателем гибридности, но вносит отличие в
спектры

отцовских

линий от материнского растения, что важно для проявления эффекта
гетероз
иса
. Простые гибриды могут быть использо
ваны для получения тр
ехлине
йных (A
344


Т
135)


А619, (A
344


W
153
R)


МК
159 и двойных
межлинейных
гибридов


Пионер 3978


(A
344



Т
22), Пионер 3978


(A
344


А619) и (A
344


A
357)

(Од
301


WF
9) (рис. 6
).

П
ри создании высокогетерозисных гибридов кукурузы

целесообразно
использовать
отцовские
и материнские
линии
,

имеющи
е

в своих спектрах
разные

маркерные компоненты
.
Примером может служить гибрид

Днепровский 505МВ


346


Р
502)


А619, где линия
А
619 имеет специфи
чную маркерную комбинацию 52

67 и компонент 40, которые
отсутствуют в спектре зеина материнской формы гибрида

(
рис. 6
)
. Она с успехом может
быть заменена линиями из

этой же группы В55 или Oh
43
. Вместо линии А619 можно
использовать линии зубовидной кукурузы с другими маркерами, либо контрастные линии
кремнистой кукурузы (например, Т22). Отцовской формой может быть т
акже простой
гибрид, но он должен иметь в своем составе хотя бы одну линию
отличающуюся

по
спектрам от
матерински
х форм
.

Известно много

районированных

гибридов селекции КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко, в
которые во
шла линия зубовидной кукурузы W
64 с высокой ко
мбинационной способностью.
Она использовалась в качестве
родительской формы в простых (W
64


Сг25, W
64


WF9 и
W
64


В
55), трехлинейных и двойных
межлинейных
гибридах. Все линии этих гибридов
относятся к
подвиду зубовидной кукурузы

и

различаются по маркерн
ым компонентам. Так в
спектре

линии W
64

нет
маркерной комбинации 38

57, но имеются компоненты

45, 46 и 65
.

В
тоже время

в
се отцовские линии в указанных гибридах име
ют маркерную комбинацию 38

57
и

у

каждой из них есть дополнительные маркеры: для С
г25


37 и

64

69, для WF
9


49

и 66,
для В
55


40, 47 и 52

67 (рис. 7
)
.




Рис. 7.

Наследование маркерных компонентов зеина в простых позднеспелых
высокогетерозисных

гибридах (Г) Краснодарский 303ТВ (
W
64



Сг25),

Краснодарский
602ТВ (
V
158


B
55)
,

Кубанский 422ТВ (А
619


V
158ТВ) и в
трех
линейном гибриде

Краснодарский

362АТВ (
W
64



F
9)


V
158


В трехлинейных

гибридах в качестве отцовской формы используют линию зубовидной
куку
рузы V
158. Она не имеет маркерного компонента

57 (
но

присутствует компонент 38)
.

Е
е
спектр

не богат маркерами для определения гибридности, но отсутствие компонента 57
увеличивает разницу белковых спектров родитель
ских форм
. Большее чис
ло маркерных
компонентов (52

67 и 57) для определения степени гибридности обн
аружено у линии В55 в
гибриде


Кра
снодарский 602ТВ (
V
158


В
55
)
. В
место линии В55 можно использовать линию
А619

(например,

в

гибриде Кубанский 422ТВ (А619


V
158ТВ)
, либо другую линию,
имеющую

аналогич
ные маркеры
. Более удачным был

трехлинейный

гибрид (W
64


WF
9)


Сг
25, в котором вмест
о
линии V158 использована линия Сг
25, имеющая мар
керы 37 и 64

69

(рис. 7
).

В гибридной селекции час
то весьма продуктивными получаются

гибридные
комбинации с участием только линий

подвида

кремнистой кукурузы. Это известный простой

раннеспелый гибрид Дружба (F
7


F
2)

и некоторые другие

ис. 8)
.


Рис. 8.

Наследование компонентов зеина исходных родительских линий в простых гибридах

(Г)

первого поколения

Дружба (
F
7


F
2),

Чуйский 466

(
N
6


Mc
401),
Пионер 3978 (Р346


Р5
02), Молдавский (МК01



МК03) и А96



АГ9
6


В
есьма продуктивными оказываются гибриды, полученные от скрещивания линий с
маркером 57 и без него. Эффект гетерозиса выше, когда в спектрах родительских линий есть
дополнительные различия по маркерам из зон с другой подвижностью компонентов.
Например,
в гибриде Чуйский 466 (N 6


Mc 401), линия Мс 401 имеет маркеры 57 и 66,
которых нет в линии N 6. Кроме того, линия N 6 имеет компоненты 40, 45, 46 и 64, которых
нет в
спектре отцовской линии Мс

401 (рис. 8
)
.

В другом гибриде


Краснодарский 201 (В 40


С 103), родительские линии также
имеют белковые спектры с различным составом маркерных компонентов. В спектре
отцовской линии С 103 выявлены компоненты 57 и 66, которых нет в спектрах материнской
линии В 40, а в спектре материнской линии присутствуют компо
ненты 45 и 65,
отсутствующ
ие в спектре отцовской линии
.

На рис. 8

даны еще несколько примеров
наследования компонентов зеина в гибридах первого поколения.

В ходе работы по созданию новых гибридов с высоким эффектом гетерозиса
селекционеры постоянно улучшаю
т старые и создают новые инбредные линии. Поскольку
полиморфизм зеина (как и других запасных белков семян и изоферментов), выявляемый
электрофорезом и изоэлектрическим фокусированием, носит адаптивный характер

(Конарев,
2002
;
Perez

de

la

Vega
, 199
7
)

генети
ческие изменения в линиях (сортах, генотипах)
сопровождаются соответствующими изменениями в спектрах белка. Это подтверждается
также более чем 30

ти летним опытом работы ВИР
(Конарев, 2001, 2006
)
, данными других
исследователей
(
Perez

de

la

Vega
, 199
7
)
.





Заключение

Таким образом, метод электрофореза зеина позволяет идентифицировать и
регистрировать
существующие и вновь создаваемые
ин
бредные линии и сорта кукурузы,

осуществлять контроль за
гомозиготностью

линий

в

процессе создания таковых

и степенью
гибридности.

Н
аши многолетние исследования

показали:

сфера применения данного метода


гораздо шире. Сопровождение селекции с использованием белковых (зеиновых) маркеров
(marker assisted selection)


один из важных ас
пектов их применения. Это и формирование
желаемого генотипического состава с использованием молекулярных маркеров

(Сидорова и
др., 2010
), и подбор исходных родительских форм при гибридизации. В настоящей
публикации мы постарались как можно более наглядно п
родемонстрировать возможности
использования белковых маркеров в повышении эффективности гетерозисной селекции.
Данные по составу спектров зеина, приведенные в наших предыдущих публикациях и,
особенно в этой работе, будут способствовать

целенаправленному

со
зданию и
оптимальному подбору исходных родительских форм (сортов, линий, простых гибридов и
т.д.) для достижения высокого эффекта гетерозиса.


Список л
итератур
ы



Азарин К.В.

Оценка комбинационной способности линий подсолнечника и подбор
SSR

маркеро
в, ассоциированных с эффектом гетерозиса // Тезисы

VI международной конференции
молодых ученых и специалистов, Краснодар, ВНИИМК, 2011.

С. 12

14.



Конарев В.Г.

Морфогенез и молекулярно

биологический анализ растений // Спб., ВИР.

2001.
417с.


Конар
ев А.В.

Адаптивный характер молекулярного полиморфизма и его использование в
решении проблем генетических ресурсов растений и селекции // Аграрная Россия. 2002. № 3. С. 3

13.

Конарев А.В.

Использование молекулярных маркеров в решении проблем генетических
ресурсов растений и селекции // Аграрная Россия. 2006. № 6. С. 4

22.


Конарев В.Г., Сидорова В.В., Тимофеева Г.И.

Электрофорез зеина как м
е
тод идентификации,
регистрации и анализа сортов, линий и гибридов кукур
у
зы // С.

х. биология. 1990. № 3. С. 167

177.


Конарев В.Г., Гаврилюк И.П., Губарева Н.К. и др.

Идентификация, анализ и регистрация
сортов, линий и гибридов кукурузы электрофорезом и изоэлектрофокусированием зеина //
Идентификация сортов и регистрация генофонда культурных растений по белкам семян. СПб
.:
РАСХН ВИР. 2000. С. 73

89.

Кудрявцев А.М.

Маркер опосредованная селекция растений // Молекулярная и прикладная
генетика
.

Минск. 2009. Т. 9. С. 28

31
.


Орловская О.А., Корень

Л.В
, Хотылева Л.В.

Оценка генетического полиморфизма образцов
яровой
тритикале посредством
RAPD


и
ISSR

маркеров (
×
T
riticosecale

Wittmack
) посредством
RAPD


И ISSR

маркеров //
Вавиловский журнал ге
нетики и селекции.

2012.Т. 16. № 1. С. 279

275
.

Сидорова В.В., Матвеева Г.В., Тимофеева Г.И.

Анализ и регистрация линий, сорто
в и
гибридов кукурузы по зеину методом электрофореза // Методические указани
я и каталог белковых
формул // П
од ред. В.Г. Конарева
.

СПб.: ВИР. 1998.50 с.


Сидорова В.В., Тимофеева Г.И., Конарев В.Г.
Идентификация и регистр
а
ция сортов, линий и
гибридов кукур
узы методами электрофореза зеина // Труды по прикл. бот., ген. и сел. 1987. Т. 114. С.
61

75.

Сидорова В.В., Матвеева Г.В., Конарев А.В., Янковский Н.К.

Характеристика местных сортов
и новых линий лопающейся кукурузы по спектрам зеина // Аграрная Россия.
2010. № 3. С. 6

10.

Югенхеймер Р.У.
Кукуруза. Улучшение сортов, производство семян, использование // М.:
Колос. 1979. С. 103.


Шмараев Г.Е.
Происхождение самоопыленных линий кукурузы, широко используемых в
США

//

Труды по прикл. бот., ген. и сел. 1974. Т
.
53.
С
. 82

105.

Konarev A.V., Khomutnikova L.A., Malinovski B.N
.

The use of electrophoresis of storage proteins
in breeding sorghum for heterosis and in marking biotypes of value for breeding // Extended synopsis
FAO
IEAE Int. Symp. : The Use of induced Mut
ations and Molec. Techniques for Crop Improvement. Austria.
Vienna. 1995. P. 201.

Liu Kejun, Goodman M., Muse S., Smith J.S.C., Buckler Ed, and Doebley J.

Genetic structure and
diversity among inbred lines as inferred from DNA microsatellites // Genetics.

2003. V. 165. P
. 2117

2128.


Nagy

E
.,
Szoke

Cs
.,
Spitko

T
.,
Marton

L
.
Cs
.

Изучение родства между разными видами кукурузы
с помощью генетических маркеров // В кн.: Селекция. Семеноводство. Технология возделывания
кукурузы. Материалы научно

практической конф
еренции, посвященной 20

летию ГНУ ВНИИ
кукурузы. Пятигорск. 2009. С
. 88

91.


Perez de la Vega
. Plant genetic adaptedness to climatic and edaphic enviroment. Adaptation in plant
Breeding /
/

Ed. P.M.A. Tigerstedt.

1997.

P. 27

38.


Rex B
ernardo.

Prediction of Maize Single

Cross Performance Using RFLPs and Information from
Related Hybrids

//
Crop Science, 1994. V.
34
.

№ 1.
P.

20

25

Pejic I., Ajmone

Marsan P., Morgante M., Kozumplick V., Castiglioni P., Taramino G., Motto

M.
Comparative ana
lysis of genetic similarity among maize inbred lines detected by RLFPs, RAPDs, SSRs, and
AFLPs // Theor
.

Appl
.

Genet. 1998. V. 97. P. 1248

1255.

Ullstrup A.J.
The impacts of the southern corn leaf blight epidemics of 1970

1971 // Annual Review
of Phitopat
hology.
1972. 10.
P
. 37.



Приложенные файлы

  • pdf 44635986
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий