Мінливість геному пшениці Triticum aestivum при віддаленій гібридизації її з Aegilops cylindrica

Диссертация содержит теоретический и экспериментальный материал по детекции ISSR- и SSR-маркеров к интрогрессивным фрагментам в линиях мягкой пшеницы, полученных от отдаленной гибридизации с Ae. cylindrica, и использованием их для маркирования гена устойчивости к твердой головне, перенесенного из эгилопса в мягкую пшеницу.

С помощью ISSR- и SSR-методов детектирован чужеродный генетический материал в геноме мягкой пшеницы и выявлена генетическая гетерогенность у генотипов гибридного происхождения от гибридизации мягкой пшеницы и Ae. cylindrica.

Генотипирование интрогрессивных линий BC₁F₉ (5/20-91 и 5/55-91) методом ISSR-анализа с использованием семи праймеров позволило выявить следующие изменения генома пшеницы у гибридных растений: 1) отсутствие фрагмента амплификации, характерного для сорта Одесская полукарликовая, и наличие фрагмента, характерного для Ae. cylindrica (интрогрессия фрагмента генома эгилопса в геном пшеницы); 2) появление новых фрагментов амплификации, отсутствующие у родительских форм.

Генотипирование интрогрессивных линий BC₁F₉ (5/20-91 и 5/55-91) с помощью SSR-анализа позволило обнаружить и классифицировать следующие изменения генома пшеницы у гибридных растений: 1) отсутствие фрагмента амплификации микросателлитного (МС) локуса, характерного для сорта Одесская полукарликовая, и наличие фрагмента, характерного для Ae. cylindrica; 2) появление новых фрагментов амплификации МС локуса, отсутствующих в исследованной выборке родительских форм; 3) полное отсутствие фрагментов амплификации МС локуса (данный тип изменения можно объяснить делецией МС локуса пшеницы у гибридных растений, мутацией сайта праймирования в результате чего невозможна амплификация фрагмента ДНК либо транслокацией фрагмента генома эгилопса, не содержащего МС локус пшеницы). Не выявлено замещений хромосом мягкой пшеницы гомеологичными хромосомами эгилопса.

МС анализ интрогрессивных линий BC₂F₅ (237/2000 и 378/2000) потомков линий 5/20-91 и 5/55-91 показал: стабильное внедрение генетических элементов эгилопса в растения пшеницы; элиминацию отдельных перенесенных участков генома эгилопса в процессе беккроссирования; уменьшение размера интрогрессивного фрагмента при повторном беккроссировании; сохранение новых фрагментов амплификации, отсутствующих у родительских форм; и элиминацию обнаруженных новых фрагментов амплификации у гибридных растений.

Исследование беккроссных потомков пшенично-эгилопсных гибридов позволило выявить присутствие генетического материала эгилопса в геноме индивидуальных растений, выделенных на различных этапах беккроссирования. При этом наблюдалось уменьшение количества интрогрессивных фрагментов у растений более глубоких беккроссов, что свидетельствует о постепенном вытеснении чужеродного генетического материала Ae. cylindrica, внесенного в геном мягкой пшеницы, у пшенично-эгилопсных гибридов при каждом последующем возвратном скрещивании с мягкой пшеницей.

В связи с тем, что беккроссные растения BC₁ и BC₂ в последующих самоопылениях сопровождались отбором на устойчивость к фитозаболеваниям, следует ожидать изменение спектра интрогрессивных фрагментов генома эгилопса в пшеничном геноме: стабильность одних интрогрессий, связанных с переданной комплексной устойчивостью, и элиминация других - несвязанных с переданной устойчивостью. Так, в растениях линий 237/2000 и 378/2000 отмечена с помощью девяти МС локусов стабильная интрогрессия. Из них четыре присутствовали в обеих линиях (Xgwm 18 - 1BS, Xgwm 33 - 1DS, Xgwm 389 - 3BS и Xgwm 182 - 5DL), две - только в линии 237/2000 (Xgwm 174 - 5DL, Xgwm 261 - 2DS) и три - в линии 378/2000 (Taglut - 1AS, Xgwm 259 - 1BL, Xgwm 314 - 3DL). Данные МС маркеры могут быть использованы для: детекции интрогрессивных фрагментов линий-доноров, используемых в селекционных программах; маркирования генов устойчивости к различным заболеваниям, перенесенных от Ae. cylindrica.

Выяснена геномная принадлежность интрогрессивных микросателлитных последовательностей геному C или D Ae. cylindrica обнаруженных в геномах А, В и D мягкой пшеницы.

Для выяснения возможного сцепления обнаруженных ISSR- и SSR-маркеров к интрогрессивным фрагментам генома эгилопса с геном устойчивости к твердой головне проводили сравнение электрофоретических спектров родительских форм, а также растений расщепляющейся популяции BC₃F₂, полученной от скрещивания устойчивой к твердой головне интрогрессивной линии 378/2000 с восприимчивой линией мягкой пшеницы Лютесценс 23397. Данные ПЦР-анализа сопоставляли с результатами гибридологического анализа по ответу растения на заражение (устойчивость : восприимчивость). С помощью МС анализа по семи МС маркерам к стабильным интрогрессивным фрагментам обнаружили полиморфизм по локусу Xgwm 259 между родительскими формами и между устойчивыми и восприимчивыми гомозиготными растениями популяции BC₃F₂. Проведенное ДНК маркирование и картирование гена устойчивости к твердой головне, перенесенного от Ae. cylindrica в мягкую пшеницу, позволило локализовать данный ген в интеркалярной области длинного плеча хромосомы 1В пшеницы, на расстоянии 7.6 - 8.5 сМ дистальнее от МС маркера Xgwm 259. Данный маркер может быть использован в селекции при отборе генотипов пшеницы, устойчивость которых контролируется этим геном.

Ключевые слова: мягкая пшеница, Ae. cylindrica, интрогрессивные линии, ПЦР, микросателлиты, интрогрессивные фрагменты, ген устойчивости к твердой головне.

Summary

Galaev A.V. Variability genome of wheat Triticum aestivum as result wide hybridization with Aegilops cylindrica. - Manuscript.

Thesis for degree of Philosophy Doctor (Ph. D) in Biology, speciality 03.00.22 - Molecular Genetics. - Institute of Molecular Biology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The dissertation contains theoretical and experimental material on ISSR- and SSR-markers detection of introgressive fragments to bread wheat lines from wide crossing with Ae. cylindrica and its using for gene resistance marking to common bunt transferred from aegilops.

Bread wheat variability peculiarities as result hybridization with Ae. cylindrica and its stability in hybrid forms on different stages of backcrossing and self-pollination are established by SSR-markers of bread wheat.

SSR-analysis of population BC₃F₂ of 378/2000 x Lutestens 23397 revealed linkage of microsatellite locus Xgwm 259 to common bunt resistance gene. The resistance gene was located in intercalary region of chromosome 1B long arm distal on 7.6 - 8.5 cM from Xgwm 259. Microsatellite locus Xgwm 259 can be used in wheat breeding for selection of genotypes resistant to common bunt that controlled by discovered gene.

Key words: bread wheat, Ae. cylindrica, introgressive lines, PCR, microsatellites, introgressive fragments, gene resistance to common bunt.

Размещено на Allbest.ru