Поиск источников устойчивости к пирикуляриозу риса с помощью молекулярных маркеров с целью использования их в селекции риса
Создание внутригенного маркера к гену устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta. Биоразнообразие изолятов Magnoporthe grisea (Herbert) Barr Государственной коллекции патогена на основе полиморфизма микросателлитных локусов. Анализ результатов исследования.
Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.06.2012 |
Размер файла | 630,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На правах рукописи
ВОЛКОВА СВЕТЛАНА АНДРЕЕВНА
ПОИСК ИСТОЧНИКОВ УСТОЙЧИВОСТИ К ПИРИКУЛЯРИОЗУ РИСА С ПОМОЩЬЮ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВ С ЦЕЛЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ В СЕЛЕКЦИИ РИСА
Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Краснодар - 2007
Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте риса в 2003-2007 гг.
Научный руководитель: кандидат биологических наук
Мухина Жанна Михайловна
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Костылев Павел Иванович
кандидат биологических наук,
доцент Тюрин Владислав Викторович
Ведущая организация: Всероссийский научно- исследовательский институт биологической защиты растений
Защита состоится «29» мая 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.026.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте риса по адресу: 350921, г. Краснодар, п/о Белозерное.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института риса
Автореферат разослан 25 апреля 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
кандидат биологических наук Гончарова Ю.К.
Актуальность проблемы. Рис одна из важнейших зерновых культур. Его зерном питается почти половина человечества. Среди факторов, лимитирующих урожай риса, ведущее место занимают болезни и вредители. Пирикуляриоз - одно из наиболее вредоносных заболеваний риса, вызываемое возбудителем Magnаporthe grisea (Herbert). Действенная и экологически безопасная стратегия борьбы с этим заболеванием - выведение устойчивых сортов, что является одним из важных направлений в селекции риса.
В селекции устойчивых к пирикуляриозу сортов риса перед селекционером становятся две проблемы: выбор подходящих генов устойчивости и прогноз стабильности устойчивости сорта с этой комбинацией генов. Вот почему необходим простой, но эффективный метод анализа устойчивости к этому заболеванию, учитывая, что многие сорта, вовлекаемые в скрещивания, содержат несколько генов устойчивости и многие селекционные линии поддерживаются долгое время. Гены вертикальной устойчивости могут быть выявлены из анализа реакции сорта на инокуляцию моноизолятами Magnoporthe grisea (Herbert) Barr с известными генами (а)вирулентности. Но такой классический фитопатологический тест требует затраты времени и значительных материальных средств. Также важным лимитирующим фактором является нестабильность генов (а)вирулентности возбудителя пирикуляриоза риса и перекрывание спектра расоспецифической устойчивости.
Маркирование генов устойчивости к патогену позволяет быстро и эффективно проводить пирамидирование генов в генотипе сорта.
Необходимо также помнить, что неотъемлемой составляющей управления комплексом защитным мер против грибковых заболеваний растений является изучение самого патогена. В свете современного развития молекулярно-биологических подходов, появилась возможность исследования генетического разнообразия молекулярно-генетическими методами.
Цель и задачи исследований. Целью работы являлась разработка систем идентификации генов устойчивости риса к биотическим стрессам (пирикуляриозу), основанных на полиморфизме ДНК-маркеров, а также изучение биоразнообразия возбудителя пирикуляриоза риса (Magnoporthe grisea (Herbert) Barr) молекулярно-генетическими методами. В связи с этим в ходе исследований были поставлены следующие задачи:
1. Разработать ДНК-маркерную систему для выявления гена устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta.
2. Осуществить поиск доноров устойчивости к гену AVRPi-ta коллекции ВНИИ риса с использованием сконструированного молекулярного маркера ARRRIpi-taR/pi-taL.
3. Провести «ДНК-паспортизацию» образцов Российской Государственной коллекции изолятов возбудителя пирикуляриоза риса с помощью микросателлитных маркеров.
4. На основании данных микросателлитного анализа сгруппировать изоляты в соответствии со степенью генетического родства.
Научная новизна исследований. В настоящей работе впервые:
1. Создан ДНК-маркер ARRRIpi-taR/pi-taL на основе полимеразной цепной реакции, позволяющий идентифицировать ген устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta.
2. Осуществлен скрининг коллекции образцов исходного материала ВНИИ риса на наличие расоспецифического гена устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta, на основе его ДНК-полиморфизма.
3. Проведена «ДНК-паспортицазция» образцов Российской Государственной коллекции изолятов возбудителя пирикуляриоза риса с помощью микросателлитных маркеров.
4. Отобраны наиболее полиморфные маркеры, необходимые для оценки генетического родства штаммов возбудителя пирикуляриоза риса.
Научно-практическая ценность работы.
Создан внутригенный ДНК-маркер для обнаружения гена устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta и создания сортов риса несущих ген Pi-ta.
Показана возможность использования полиморфизма микросателлитных локусов для ранжировки изолятов Pyricularia grisea Sacc. согласно генетическому родству и их географическому происхождению.
Уникальность, полученных «ДНК-паспортов» позволила создать базу. Степень полиморфизма между изученными изолятами Magnoporthe grisea (Herbert) Barr, выявленная по данным микросателлитного анализа, говорит о возможности их использования для создания ДНК-«отпечатков».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Создание внутригенного доминантного ДНК-маркера к гену устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta.
2. Скрининг образцов коллекции исходного материала ВНИИ риса на наличие гена Pi-ta.
3. «ДНК-паспортизация» образцов Российской коллекции возбудителя пирикуляриоза, держателем которой является ВНИИ фитопатологии.
Результаты исследований были доложены на: V региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 18-19 декабря 2003г., г. Краснодар (ул. Калинина, 13); Международной научно-практической конференции «Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем» Краснодар, 29сентября-1октября 2004г; Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы, научное обеспечение и перспективы развития рисоводства в XXI веке», Краснодар, 26-27 августа, 2003
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения и обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 115 страницах, содержит 12 таблиц и 23 рисунков.
ген пирикуляриоз рис изолят
1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводились с 2003 по 2007 гг. в лаборатории биотехнологии Всероссийского научно - исследовательского института риса, в лаборатории микологии и иммунитета в ВНИИ фитопатологии и в лаб. генной инженерии растений (кафедра генетики и селекции Санкт-Петербургского государственного университета).
1.1 Создание внутригенного маркера к гену устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta
Для разработки дизайна праймеров при создании внутригенного ДНК-маркера использовали аминокислотные и нуклеотидные последовательности доминантной (источник - сорт Yashiro-mochi) и рецессивной (источник - сорт Tsuyake) аллелей гена Pi-ta. Их номера в базе данных www.ncbi.nih.gov соответственно AAK00132 и AAO45178 для аминокислотных последовательностей; AF207842 и AY196754 - для нуклеотидных последовательностей.
Из литературных данный известно, что устойчивый и чувствительный аллели гена Pi-ta отличаются заменой 918 аминокислотного остатка серина на аланин. Для определения данной точки полиморфизма на кодирующей этот белок нуклеотидной последовательности, аминокислотная последовательность была превращена в нуклеотидную с помощью программы «Конверсия ДНК/белок», предоставленной для свободного доступа на сайте "Практическая Молекулярная Биология" http://molbiol.edu.ru. Затем было проведено сравнение полученных нуклеотидных последовательностей доминантных и рецессивных аллелей гена Pi-ta, с использованием алгоритма «multiple alignment» в программе CLUSTALW. После определения точки полиморфизма были сконструированы два аллельспецифичных праймера. На основе разработанного дизайна праймеров был сформирован заказ и праймерные пары, были синтезированы фирмой ЗАО «Синтол», Россия.
Созданный аллельспецифичный маркер для идентификации доминантной аллели целевого гена был назван нами ARRRIpi-taR/pi-taL.
Был выполнен подбор условий ДНК амплификации. Следует отметить, что праймерная пара ARRRIpi-taR/pi-taL очень чувствительна к чистоте используемой в реакции ДНК и качеству Taq-полимеразы.
Для поиска источников гена устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta с использованием созданной маркерной системы ARRRIpi-taR/pi-taL были взяты в коллекции исходного материала ВНИИ риса следующие сорта и сортообразцы: Кулон, Лидер, Кулон (2003), Спальчик, Фонтан, Нарцисс, Кубань 3, Снежинка, Дубовский, Курчанка, Краснодарский 3352, Снежинка, Лакуна, Спринт, Краснодарский 424, Водолей, Серпантин, Изумруд, КПК 17, Стрелец, Талисман, Аметист, ВНИИР 7887, Кубань 3, Виола, ВНИИР 8847, Раздольный, Рапан, Кендзо 3782, КП-27-02, КП-9-01, КП 37-01, КП 40-02, КП 27-02, К-0632, К-0636, К-0681, К-01939, К-02129, К-2131, К-02135, К-22258, К-02385, К-02397, К-02497, К-02503, К-2332, К-2742, К-2728, К-2744, К-0681, Баллила, К-02980, К-03097, К-03524, К-03389, К-03695, К-03781, К-03782, К-02979, Азуцена, IR 36, К-3980, Рапан (Калиниский район), Лиман (Абинский район), K1.
В качестве положительного контроля для анализа полиморфизма гена устойчивости Pita использован сорт К1, несущий доминантную аллель гена, а в качестве отрицательного Nipponbare и C101A51, несущие рецессивную аллель гена Pi-ta.
Экстракцию ДНК проводили, используя СТАВ-метод (Murray M.G., Thompson W.F. 1980).
Амплификация с целью выявления полиморфизма гена устойчивости риса Pi-ta проводилась наборами для проведения ПЦР (комп. Силекс-М, г.Москва, Россия). ПЦР смесь включала 10нг ДНК, 2,5mM MgCI2, 0,2mM дезоксинуклеотидтрифосфатов (dNTPs) , 50mM KCI, 10mM Tris-HCI, pH 9,0, 0,1% Тритон Х-100, 0,23M каждого праймера, 0,25 единицы 5u Taq-полимеразы, в общем объеме 25мкл.
Электрофорез проводили в 3% агарозном геле, на основе 0,5ЧТрис-боратного буфера (0,045 М Трис, 0,045 М Борной кислоты, 1мМ ЭДТА, рН=8,2) при напряжении 120V в течение 1ч часа, в камерах для горизонтального электрофореза Gel Electrophoresis Apparatus GNA-100 фирмы Pharmacia.
1.2 Изучение биоразнообразия изолятов Magnoporthe grisea (Herbert) Barr Государственной российской коллекции патогена на основе полиморфизма микросателлитных локусов
В рамках сотрудничества с ВНИИ фитопатологии было начато исследование образцов из Государственной российской коллекции Magnoporthe grisea (Herbert) Barr молекулярно-генетическими методами. Изучаемая коллекция охарактеризована по культурально-морфологическим признакам, количественный и качественный состав генов (а)вирулентности в грибных штаммах коллекции выявлен на основе фитопатологических тестов с использованием сортов-дифференциаторов риса.:
Происхождение:
- Япония: F-67-57п.95-85 R1117, Set-1, 138 AR1119, Ken 82-9, Ken 82-11, Ken 83-16, Ken 83-21, F-67-57, Ken 60-19, Nada 66-16, P-2b, 138A, Ken 53-83, TH-68-126, Jna 168, Ken 54-20;
- Краснодарский край, Россия: Р-40, КК-97-8, КК-97-10, КК-97-4 3, КК-97-18sem, КК-96usl2, КК-96usl.3, КК-97-24, КК-97-8ст, КК-97-9zer;
- Славянский р-н, Краснодарский край, Россия: Кр-03-01*, Кр-03-02*;
- Херсон6,Украина: ХС-21 R1122.84, XC-40, ХС-3R8стR8R4, XC-3 R8ст R8, ХС-45мет, ХК-40 R335п42-90R1119, ХС-85.87, ХК-40R6R6.84, ХС-78сем.86;
- Крымская область, Украина: КП-57мет.85, КП-71.85, КП-32, КП-57мет R1114, КП-57мет R1114, КП-58узл, КП-68узл.86, КП-70, КП-68мет.85, КП-74usl.85, КН-18, КП-63, КП-10.83, КП-8.83;
- Одесская область, Украина: ОК-17узл, ОК-23met, КП-16 R6R6.83, ОК-19 R7.86, ОК-28sem, ОК-26 R1122-1122-1118;
- Франция: PH-31 R1112, CJ-125;
- Средняя Азия: СА
Моноизоляты Кр-03-02 и Кр-03-01 были выделены во ВНИИ риса в лаборатории биотехнологии согласно методическим указаниям, разработанным в ВНИИ фитопатологии.
Для генотипирования изолятов и моноизолятов фитопатогена использованы 23 «нейтральных» микросателлитных маркеров, характеризующиеся высоким полиморфизмом, ко-доминантным характером наследования.
Для выделения грибной ДНК также использовали СТАБ-метод.
Амплификация микросателлитных последовательностей для выявлении полиморфизма микросателлитных локусов Magnoporthe grisea (Herbert) Barr проводилась наборами для проведения ПЦР (комп. Сибэнзим, г.Москва, Россия) в реакционном объеме 25мкл. Параметры ПЦР смеси: в 25мкл смеси содержится 10 нг геномной ДНК, 1Х ПЦР буфер (20 мМ Трис-HCl, pH 8,4, 50 мМ KCl), 0,1mM каждого dNTP и 1ед. Taq-полимеразы.
Для электрофоретического разделения продуктов ПЦР использовали 8% акриламидный гель на основе ТБЕ. Электрофорез проводили при напряжении 250V в течение 3 часов. Визуализацию проводили в ультрафиолете после окрашивания гелей бромистым этидием
Статистическая обработка данных была выполняли методами кластерного, дисперсионного и дискриминатного анализа согласно методиками описанными Г.Ф.Лакиным и Б.А. Доспеховым.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
2.1 Создание внутригенного ДНК маркера для гена устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta
Наиболее удобными и эффективными являются внутригенные ДНК-маркеры. Для их разработки необходимо знание нуклеотидной последовательности гена и его положение на хромосоме.
Доминантный ген устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta секвенирован и имеются предположения о его роли в формировании иммунитета риса. Он расположен в области центромеры 12-той хромосомы. В этом локусе располагается кластер R генов, включающий тесно сцепленные Pi-ta и Pi-ta2 гены, идентифицированные Kiyosawa с коллегами. Единичная аминокислотная замена в нуклеотидном составе привела к разделению доминантной и рецессивной аллели этого: Pi-ta- и Pi-ta+. Нуклеотидная последовательность полученной праймерной пары, используемая для выявления данного полиморфизма, представлена в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Нуклеотидная последовательность праймеров для идентификации доминантной аллели входящей в состав доминантной маркерной системы гена Pi-ta
Название праймера |
Последовательность мононуклеотидов |
|
ARRRIpi-taR/pi-taL*: |
R:CAAGTCAGGTTGAAGATGCATAGC(24п.о) |
|
L:GCTGCTTGTTCGAACAGCGCCTGC(24 п.о) |
Для проверки эффективности созданной маркерной системы была поставлена пробная ПЦР с сортами К1 (положительный контроль) и Nipponbare (отрицательный контроль) см. рис. 3.1.
Рисунок 3.1 Генетическое разнообразие, выявляемое с помощью доминантного маркера ARRRIpi-taR/pi-taL
Примечание: mw.- маркер молекулярного веса ДНК. Сорт: К1 (положительный контроль), Nb - Nipponbare (отрицательный контроль).
Из рисунка 3.1 видно, что аллельная миграция наблюдалась только в случае использования сорта, несущего доминантную аллель гена Pi-ta (положительный контроль); и отсутствовала у сорта с рецессивной аллелью гена (отрицательный контроль).
Таким образом, анализ результатов предварительного апробирования созданной аллельспецифичной ДНК-маркерной системы показал ее эффективность при идентификации доминантной аллели гена устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta, что свидетельствует о перспективности ее использования в программах маркерной селекции на устойчивость риса к пирикуляриозу.
2.2 Поиск источников гена устойчивости Pi-ta среди сортов и сортообразцов коллекции исходного материала ВНИИ риса при помощи маркерной системы ARRRIpi-taR/pi-taL
С использованием созданного доминантного маркера устойчивости проверено наличие гена Pi-ta в 66 сортах и сортообразцах из коллекции исходного материала ВНИИ риса (см. рис 3.2).
Рисунок 3.2- Электрофоретическое разделение продуктов амплификации праймеров ARRRIpi-taR/pi-taL
Примечания: сорт: К1 (положительный контроль), Nb - Nipponbare (отрицательный контроль), 61- Азуцена, 62 - IR36, 63- К-3980, 64- Рапан 65 - Лиман.
Данные эксперимента показали, что ген Pi-ta выявлен в сортах IR 36 (IRRI) и K1 (Франция).
2.3 Изучение биоразнообразия изолятов Magnoporthe grisea (Herbert) Barr Государственной российской коллекции патогена на основе молекулярно-генетического подхода
В виду сопряженной эволюции возбудителя Magnoporthe grisea (Herbert) Barr и поражаемого им растения Oryza sativa, изучение фитопатогена - важная составляющая часть селекционных программ, нацеленных на создание устойчивых к пирикуляриозу сортов риса. Генетическая паспортизация патогена в различных зонах рисосеяния, кроме того, имеет большое значение для изучения его мирового генетического многообразия, что является одной из ключевых задач совместных усилий ученых из международных исследовательских центров (CIRAD, IRRI, CDC). Мониторинг расового состава паразита в разных рисосеющих регионах мира необходим для разработки правильной селекционной стратегии в создании устойчивых сортов риса.
Стремительное развитие биотехнологии привело к появлению современных молекулярно-генетических методов исследования расового состава данного (как и многих других) патогена. В первую очередь - это возможность установления генетического родства между выделенными изолятами патогена на основе применения молекулярных маркеров, в том числе - и с изолятами с известными генами (а)вирулентности. Кроме того, генетическая паспортизация изолятов патогена, необходима при защите авторских прав держателей коллекций последнего.
В рамках данного исследования проведена генетическая паспортизация единственной в России коллекции патогена, держателем которой является Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии. ДНК 59 изолятов коллекции с известными генами (а)вирулентности, охарактеризованных, кроме того, по комплексу культурально-морфологических свойств ,была любезно предоставлена нам для проведения молекулярного (микросателлитного) анализа сотрудниками лаборатории микологии и иммунитета ВНИИФ. Моноизоляты Кр-03-02 и Кр-03-01 выделены во ВНИИ риса в лаборатории биотехнологии из Краснодарской популяции патогена
Высокий полиморфизм, выявляемый SSR-маркерами, ко-доминантный тип их наследования, аллельспецифичность определяют ценность этой маркерной системы позволяет говорить о возможности ее использования для оценки генетической изменчивости между изолятами Magnoporthe grisea (Herbert) Barr.
Идентификация и паспортизация изолятов может выполняться на основании данных о аллельных состояниях использованных маркеров у каждого отдельно взятого изолята. В связи с этим для оценки степени генетического сходства среди избранных нами изолятов коллекции ВНИИ фитопатологии, и составления их ДНК-фингерпринта, было использовано 23 нейтральных, т.е. не сцепленных с каким либо геном, микросателлитных маркеров, отобранных исходя из принципа максимального полиморфизма, основанного на литературных данных. От анализа двух маркеров отказались, в связи с тем что они не показали полиморфизма на изучаемых изолятах. Как видно из табл. 3.2, маркеры проявили различный уровень полиморфизма: от двух до двенадцати аллелей на один микросателлитный локус с максимальным полиморфизмом по маркерам Pyrms 43 - 44, Pyrms 59 - 60, Pyrms 99 - 100 и Pyrms 125 - 126.
Таблица 3.2 Полиморфизм микросателлитных локусов изолятов Государственной российской коллекции Magnoporthe grisea (Herbert) Barr, выявленный 21 ДНК-маркером
№ пп |
Праймер |
Размер амплифицированных аллелей, п.о. |
Число выявленных аллелей |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1. |
Pyrms 7 - 8 |
99-159 |
7 |
|
2. |
Pyrms 15 - 16 |
133-177 |
6 |
|
3. |
Pyrms 37 - 38 |
190-205 |
4 |
|
4. |
Pyrms 39 - 40 |
430-510 |
7 |
|
5. |
Pyrms 43 - 44 |
166-344 |
9 |
|
6. |
Pyrms 45 - 46 |
200-257 |
7 |
|
7. |
Pyrms 47 - 48 |
175-185 |
4 |
|
8. |
Pyrms 59 - 60 |
168-367 |
9 |
|
9. |
Pyrms 61 - 62 |
220-285 |
4 |
|
10. |
Pyrms 63 - 64 |
176-187 |
5 |
|
11. |
Pyrms 67 - 68 |
194-775 |
6 |
|
12. |
Pyrms 77 - 78 |
106-208 |
7 |
|
13. |
Pyrms 81 - 82 |
184-232 |
7 |
|
14. |
Pyrms 83 - 84 |
160-663 |
8 |
|
15. |
Pyrms 87 - 88 |
174-250 |
7 |
|
16. |
Pyrms 93 - 94 |
206-232 |
6 |
|
17. |
Pyrms 99 - 100 |
173-255 |
10 |
|
18. |
Pyrms 101 - 102 |
454 |
2 |
|
19. |
Pyrms 107 - 108 |
290-350 |
5 |
|
20. |
Pyrms 115 - 116 |
369-453 |
5 |
|
21. |
Pyrms 125 - 126 |
120-364 |
12 |
|
Примечание: п.о. пар нуклеотидных оснований |
На рисунках 3.4-3.5 представлено аллельное разнообразие в микросателлитных локусах патогена, выявленное изученными маркерами. Наибольшее аллельное разнообразие (9-12 аллелей) показали маркеры Pyrms 43 - 44, Pyrms 59 - 60, Pyrms 99 - 100 и Pyrms 125 - 126. Остальные маркеры можно условно разделить на две группы, исходя из выявленного ими полиморфизма. К первой - относятся следующие: Pyrms 7 - 8, Pyrms 15-16, Pyrms 39-40, Pyrms 45-46, Pyrms 67-68, Pyrms 77-78, Pyrms 81-82, Pyrms 83-84, Pyrms 87-88, Pyrms 93-94 с количеством аллелей от 6 до 8 на один микросателлитный локус. К группе маркеров, выявивших проявивших еще более низкий полиморфизм, принадлежат: Pyrms 37 - 38, Pyrms 37-38, Pyrms 47-48, Pyrms 61-62, Pyrms 63-64, Pyrms 107-108. Число аллелей на один локус здесь было равным 5-4 и даже 2 - по маркеру Pyrms 101-102 .
После идентификации аллелей и определения их размеров в соответствии с маркером молекулярного веса ДНК, был проведен учет частоты встречаемости аллелей по каждому маркеру у исследованных изолятов. На приведенных ниже диаграмме (рис. 3.3) показаны пример частоты встречаемости аллелей микросателлитных маркеров, выявленные в ходе исследования.
Рисунок 3.3 Частота аллелей, выявленная у изучаемых изолятов патогена в микросателлитном локусе Pyrm 99-100
Примечание: п.о. - пар нуклеотидных оснований
У большинства маркеров выявляются аллели, которые наиболее распространены у исследованных изолятов. Так, к примеру, у 11 из 23 использованных маркеров более 50 % изолятов совпадали по одному из аллелей. Наличие одинаковых аллелей по многим маркерам у большого количества изолятов свидетельствует об относительной генетической их близости. Это вполне может являться следствием того, что различные группы изолятов, сформировались на основе небольшого числа исходных популяций. Наряду с этим можно предположить, что аллели наиболее распространенные у исследованных изолятов, могут характеризовать некий общий тип возбудителя пирикуляриоза, который образовался путем естественного отбора.
Рисунок 3.4 Генетическое разнообразие, выявленное в локусе Pyrms 125-126
Примечание: mw.- маркер молекулярного веса ДНК. Изоляты: 1-Nada 66-16, 2-Ken 54-20, 3-TH-68-126, 4-Ken 60-19, 5-F-67-57, 6-Jna 168, 7-Ken 53-83, 8-P-2b, 9-138A, 10-XC-40, 11-XC-3 R8ст R8, 12-OK-266usl, 13-KP-16 R6R6.82, 14-KP-32, 15-KH-18.
Рисунок 3.5 Генетическое разнообразие, выявленное в локусе
Pyrms 7 - 8
Примечание: mw.- маркер молекулярного веса ДНК.Изоляты 1-Nada 66-16, 2-Ken 54-20, 3-TH-68-126, 4-Ken 60-19, 5-F-67-57, 6-Jna 168, 7-Ken 53-83, 8-P-2b, 9-138A, 10-XC-40, 11-XC-3 R8ст R8, 12-OK-266usl, 13-KP-16 R6R6.82, 14-KP-32, 15-KH-18, 16 - ХС-85.86 .
По результатам анализа о наличии аллелей у изолятов, использованных в работе, была составлена матрица. Среди всех изученных изолятов не было обнаружено двух с идентичным набором аллелей.
Таким образом, Результат эксперимента показал эффективность использования полиморфизма микросателлитных локусов для изучения генетического разнообразия возбудителя пирикуляриоза.
Возможность различать изоляты на основе полиморфизма микросателлитных маркеров подтверждает перспективность их использования в идентификации изолятов.
На основании комплекса исследования полиморфизма микросателлитных локусов была выполнена классификация изолятов возбудителя пирикуляриоза по величине их генетического сходства. Для этой цели использовали кластерный анализ Уорда (Ward`s method). Результаты кластеризации представлены на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6 Дендрограмма изученных изолятов Magnoporthe grisea (Herbert) Barr, по данным микросателлитного анализа.
Примечание: На данном рисунке по оси абцисс указаны названия изолятов в порядке их генетического сходства, по оси ординат - «расстояние» между изолятами или их группами, выраженное в условных еденицах.
В результате разрезания иерархического кластерного дендрита по расстоянию 0,6 усл. ед. были выделены четыре кластера, численность и качественный состав которых охарактеризована в таблице 3.5 . К кластеру номер один отнесены изоляты: КК-97-8ст; Set-1; Ken 82-11; Ken 82-9; Ken 83-16; Ken 83-21; XC-40; F-67-57; КП-57мет R1114; Ken 60-19; КП-63; Nada 66-16; P-2b; КП-32; Ken 53-83; Р-40; CJ-125; PH-31 R1112; TH-68-126; Ken 54-20. В состав второго кластера вошли изоляты: КК-97-24; 138 AR1119; КК-97-10; КК-96узл.-3; КК-96узл.-2; Кр-03-01; КК-97-43; 138A; ОК-23мет; КК-97-9зер; Jna 168; СА. Третий кластер представлен следующими изолятами: ХК-40 R335п42-90R1119; КН-18; ХС-3R8стR8R4; КП-8.83; ХС-45мет; КП-10.83; КП-57мет.85; КП-71.85; КП-58узл; ХС-85.86; ОК-17узл; XC-3 R8ст R8; ХК-40R6R6.83; КП-68узл.85; ХС-78сем.85; КП-69. Четвертый кластер включает: F-67-57п.95-85 R1117; ОК-26 R1122-1122-1118; КП-74узл.85; КК-97-13зер; ОК-19 R7.86; Кр-03-02; КП-68мет.85; ХС-21 R1122.84; ОК-28сем; КК-97-8; КП-16 R6R6.82.
Численность кластеров была различной и варьировала от 10 до 20 изолятов. В первом кластере очевидно преобладают изоляты японского происхождения. Туда же относятся оба французских изолята, во втором - изоляты, собранные на территории Краснодарского края. Третий кластер целиком состоит из изолятов Украинского происхождения. К четвертому - также относятся украинские и российские изоляты (см. табл. 3.3).
Таблица 3.3- Численность и доля изолятов (в %) в различных кластерах на рис. 3.11
Кластер |
Число изолятов |
Происхождение |
|||||
Украина |
Краснодарский край |
Франция |
Япония |
Средняя Азия |
|||
1 |
20 |
4(20%)* |
2 (10%) |
2(10%) |
12(60%) |
0 |
|
2 |
12 |
1 (8%) |
7 (58%) |
0 |
3 (25%) |
1 (8%) |
|
3 |
17 |
17 (100%)* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
4 |
10 |
6 (60%) |
3 (30%) |
0 |
1 (10%) |
0 |
|
Итого |
59 |
28 (47%) |
12 (20%) |
2 (3%) |
16 (27%) |
1 (2%) |
*Примечание: в скобках после абсолютного значении частот изолятов одного происхождения приведена их доля от числа изолятов в кластере.
Для проверки кластерного решения были использованы дисперсионный и дискриминантный анализы, которые показали статистическую достоверность разделения изолятов и различия долей изолятов разного происхождения в каждом кластере. Наличие одинаковых аллелей по многим маркерам у большого количества изолятов свидетельствует об относительной генетической их близости. Проведенное в рамках данной работы исследование по анализу генетического родства между изолятами возбудителя пирикуляриоза коллекции ВНИИ фитопатологии позволило создать генетические «отпечатки» каждого изолята этих изолятов.
Выявлена корреляция между географическим происхождением штаммов и их генетическим полиморфизмом, определенным с помощью микросателлитных маркерных систем.
ВЫВОДЫ
1. На основе молекулярного полиморфизма создан внутригенный доминантный маркер к гену расоспецифической устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta - ARRRIpi-taR/pi-taL. Основанный на ПЦР методах маркер гена Pi-ta удобен для маркерной селекции, прост в применении, дает быстрый результат, и относительно недорог, а, следовательно, может быть использован для анализа большого количества образцов.
2. С использованием созданного доминантного маркера устойчивости ARRRIpi-taR/pi-taL проведен поиск гена Pi-ta в 66 сортах и сортообразцах из коллекции исходного материала ВНИИ риса, в результате показано его присутствие в сортах K1 и IR36.
3. Впервые проведена ДНК-паспортизация образцов Государственной Российской коллекции возбудителя пирикуляриоза, держателем которой является ВНИИ фитопатологии, с целью изучения биоразнообразия патогена.
4. На основании данных об аллельном полиморфизме микросателлитных локусов, выявленных при помощи ДНК-маркеров, было показано, что каждый из исследованных моноизолятов Magnaporthe grysea обладает уникальным, свойственным лишь ему «ДНК-паспортом».
5. Показана возможность идентификации изолятов возбудителя Pyricularia oryzae Cavara на основе высокого микросателлитного полиморфизма.
6. Проведенная кластеризация образцов из Государственной Российской коллекции изолятов возбудителя пирикуляриоза на основе молекулярно-генетического анализа позволила установить велечины их генетического родства.
7. Выявлена статистически достоверная корреляция между географическим происхождением штаммов и их генетическим полиморфизмом, определенным с помощью микросателлитных маркерных систем.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ СЕЛЕКЦИИ:
1. В селекции на устойчивость к пирикуляриозу рекомендуем использовать маркерную систему ARRRIpi-taR/pi-taL, что позволит сэкономить время и избежать фитопатологического теста, требующего использования климатических камер и совместимых рас фитопатогена.
2. Проводить анализ поступающих образцов в коллекцию исходного материала ВНИИ риса на наличие гена устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta.
В селекционных программах на создание сортов риса, устойчивых к пирикуляриозу, использовать полученные в рамках данного исследования ДНК-паспорта изолятов патогена при проведении генотипирования местных популяций паразита.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Волкова С.А., Мухина Ж.М Изучение биоразнообразия возбудителя пирикуляриоза риса фитопатологическими и молекулярными методами // Рисоводство. - 2004. - № 4 - С.101-104.
2. Волкова С.А, Мухина Ж.М. Биотехнологические подходы к изучению пирикуляриоза риса // Рисоводство. - 2004. - № 4 - С. 44-46.
3. Волкова С.А., Мухина Ж.М Фило-географическое изучение Magnaporthe grisea (Herbert) Barr фитопатологическими и молекулярными методами // Материалы докладов международной научно-практической конференции. Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем. - Краснодар. - 2004. - №3- С. 147-148.
4. Волкова С.А., Мухина Ж.М Фило-географическое изучение популяций Magnaporthe grisea (Herbert) Barr // Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов. Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных исследований в регионах. - Краснодар. - 2004. - С. 52-53.
5. Мухина Ж.М., Волкова С.А. Филогеографическое изучение популяции возбудителя пирикуляриоза // Материалы всероссийской научно-практической конференции. Развитие инновационных процессов в рисоводстве - базовый принцип стабилизации отрасли. Краснодар. - 2005. - С.51-52
6. Ковалев В.С., Мухина Ж.М., Ильницкая Е.Т., Супрун И.И., Волкова С.А. Комплексных подход к селекции риса на устойчивость к пирикуляриозу с применением молекулярных маркеров // Доклады российской академии сельскохозяйственных наук. - 2006. - №4. - С. 10 - 12.
7. Волкова С.А., Мухина Ж.М. Использование метода молекулярного маркирования для решения проблемы пирикуляриоза // Материалы международной научной конференции. Устойчивое производство риса настоящее и перспективы. - Краснодар. - 2006. - С. 230-231.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Технология возделывания затопляемого риса в Краснодарском крае. Биометрический анализ рисового зерна. Методика проведения вегетационных работ. Деятельность Государственного научного учреждения Всероссийского научно-исследовательского института риса.
отчет по практике [1,1 M], добавлен 18.11.2012Биологические особенности риса. Влияние регуляторов роста на: полевую всхожесть семян, накопление надземной биомассы, индекс листовой поверхности, урожайность. Анализ условий труда при технологии возделывании риса. Потенциальные опасности и вредности.
дипломная работа [183,2 K], добавлен 09.10.2013Товароведная и кулинарная характеристики риса, оценка питательных качеств, его разновидности и возможные производители. Типы вредителей риса и их негативное влияние на урожайность и здоровье культуры. Меры профилактики и борьбы с заболеваниями растения.
курсовая работа [45,8 K], добавлен 09.01.2010Определение числа генов, отвечающих за конкретные признаки, характер их наследования. Биометрический анализ признаков у растений (высота, длина метелки). Генетический анализ гибридов риса F2 от скрещивания Айсберг*Вираж с помощью компьютерных программ.
курсовая работа [55,0 K], добавлен 09.10.2013Изучение системы основной, предпосевной обработки почвы и ухода за растениями, применения гербицидов. Характеристика биологических особенностей сорных растений и мер борьбы с ними. Описания севооборота, новых сортов и болезней риса, оросительных систем.
курсовая работа [57,9 K], добавлен 17.06.2011Почвенно-климатические особенности хозяйства. Ботаническая характеристика и биологические особенности риса. Технология возделывания культуры: размещение в севобороте, обработка и удобрение почвы, подготовка семян, уборка урожая. Результаты полевых учетов.
курсовая работа [356,8 K], добавлен 26.12.2012Технология производства зерна риса: народнохозяйственное значение, районы возделывания, урожайность, сорта, биологические особенности. Подготовка семян к посеву, орошение, борьба со злаковыми сорняками. Расчет сопротивления сельскохозяйственных машин.
контрольная работа [268,7 K], добавлен 25.09.2011Бурая ржавчина – наиболее вредоносная болезнь мягкой пшеницы. Использование генофонда диких сородичей для селекционного улучшения культуры. Распознавание интрогрессивных линий на наличие молекулярных маркеров к генам устойчивости к листовой ржавчине.
курсовая работа [194,2 K], добавлен 17.02.2015Меры по борьбе с сорняками, вредителями и болезнями. "Зеленая революция" в сельском хозяйстве развивающихся стран. Значение и экологическая роль применения удобрений и пестицидов. Выведение гибридных сортов риса и пшеницы. Эрозия почв и их засоление.
курсовая работа [45,0 K], добавлен 28.07.2015Приемка и послеуборочная обработка партий зерна. Подготовка хранилищ к новому урожаю. Наблюдение за зерновыми массами при хранении. Защита зерновой продукции от вредителей. Шлифование, шелушение и полирование крупы. Упаковка и хранение готовой продукции.
дипломная работа [79,0 K], добавлен 21.07.2015