Наші дослідження з генетичного аналізу популяцій за ознакою висота стебла дають змогу зробити деякі рекомендації стосовно перспективності короткостеблих популяцій для залучення їх у селекційний процес як джерела генів короткостеблості. За нашими даними, такою популяцією слід вважати Гном 2. Притаманний йому алель гену А (Ddw1) має оптимальний вплив на вираз ознаки (13 см різниці з Болгарським короткостеблим) порівняно з алелем гена А Гнома 3 (43 см різниці з Болгарським короткостеблим). Крім того, ген В, який також діє в бік зменшення висоти, у Гнома 2, на відміну від Гнома 3, є напівдомінантним, а вести селекцію з використанням домінантного гена для виду-перехресника більш зручно порівняно з селекцією на рецесивний ген. Гном 1 має алель гена А з невеликим впливом на ознаку (8 см різниці з Болгарським короткостеблим) і тільки в цьому поступається Гному 2, від якого не відрізняється за двома іншими генами, що беруть участь у контролі короткостеблості. Щодо виявленого у дослідженні явища сумісного успадкування гену А та гену в-Amy-R1, важливим є те, що Гном 1, Гном 2 та Гном 3 відрізняються один від одного за частотами алелів 1, 2 та 9 цього гена, так що маркерами алелю А2 (Гном 1) є компонент 2, алелю А3 (Гном 2) — алелі 2 та 1, алелю А4 (Гном 3) — алелі 9 та 1. Наскільки ефективним буде застосування алелів гена в-Amy-R1для маркірування, залежить від сили зчеплення між цими генами.
ВИСНОВКИ
Основну складність генетичного аналізу жита Secale cereale обумовлено біологією його розмноження: облігатне перехресне запилення забезпечується трьома генами самонесумісності, локалізованими у трьох з семи хромосом жита. Це є підставою для отримання різних результатів з генетичного аналізу жита за одними і тими ж ознаками залежно від того, якого роду деформації піддається геном жита перед його вивченням (інбредні лінії, житньо-пшеничні хромосомно-заміщені або додані лінії, трисомики).
1. Доведено, що тривалий добір (до 30 поколінь) на певний кількісний вираз однієї ознаки з неперервною мінливістю (висота рослини) в популяції жита з вільним запиленням усередині перетворює популяцію на чисту лінію стосовно головних генів, QTL, що контролюють критичну ознаку. Для генетичного аналізу таких популяцій придатні звичайні методи гібридологічного аналізу чистих ліній.
2. Визначено, що за генами, які не підлягали добору (гени бета-амілази, зернової естерази, секалінів), в популяції зберігаються співвідношення між різними генотипами, які властиві поліморфній популяції з вільним схрещуванням усередині, відповідно до закону Харді-Вайнберга.
3. Показано, що всі випадки порушення закону Харді-Вайнберга для окремих батьківських популяцій жита, а також невідповідність емпіричних часток генотипів у популяціях F2 теоретично очікуваним на основі частот алелів у батьківських популяціях пов’язані зі зчепленням відповідних генів з генами самонесумісності.
4. Встановлено, що вирішальним показником ефективності застосування поліморфних генів у популяційно-генетичному аналізі як генів-маркерів є частки окремих алелів, що не повинні наближатися до 1 або до 0.
5. Визначено генотипи чотирьох короткостеблих популяцій жита за головними генами (QTL) висоти рослини. Різниця між популяціями контролюється трьома генами: ген А (Ddw1) з адитивною міжалельною взаємодією та напівдомінантні гени В і С з протилежним впливом на фенотип.
6. Сумісна передача QTL короткостеблості з ідентифікованими в нашому дослідженні генами-маркерами (β-Amy-R1, β-Amy-R2, Sec1, Sec2, Sec3, Est1– Est7) вказує на хромосомну локалізацію QTL: 5R — ген А (Ddw1), 2R — ген В.
ПЕРЕЛІК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ
ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Мартыненко В.С., Скорик В.В., Антонюк М.З. Генетический анализ короткостебельных популяций ржи (Secale cereale L.) по признаку высота растений // Цитология и генетика. – 2003. – Т. 37, № 5. – С. 21-29.
2. Мартиненко В.С., Скорик В.В. Спадкова основа короткостеблих сортів жита як чинник формування сталих агроекосистем // Агроекологічний журнал. – 2003. – №4. – С. 46-50.
3. Martynenko V.S., Yegorova T.V., Ternovskaya T.K. Genetic analysis of a cross-pollynated species, Secale cereale L., for the character with polymorphyc genetic basis // Цитология и генетика. – 2003. – Т. 38, № 3. – С. 29-37.
4. Мартыненко В.С., Антонюк М.З., Терновская Т.К. Наследование генов эстеразы в популяциях ржи (Secale cereale L.) // Цитология и генетика. – 2004. – Т. 38, № 5. – С. 16-23.
5. Martynenko V., Lyashuk O.Е., Antonyuk M. Cross-pollinated plant species for assessment and genetic analysis: methodical approaches // Abstracts of International Symposium “Biotechnology approaches for exploitation and preservation of plant resources.” – Yalta, 2002. – p. 12.
6. Мартыненко В.С., Антонюк М.З. Полиморфизм некоторых образцов ржи (Secale cereale L.) по генам, кодирующим синтез ферментов //Сб. тезисов международной конференции молодых ученых “Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений.” —Харьков, 2001.— С. 45-46.
7. Мартиненко В.С., Скорик В.В. Успадкування висоти рослин у нового донора карликовості озимого жита // Сб. тезисов П международной конференции молодых ученых (19–23 мая 2003 г.). — Харьков, 2003. — С. 45-46.
8. Мартыненко В.С., Скорик В.В. Наследственная основа короткостебельности у донора Гном 3 и перспективы его использования в селекции ржи // Сборник тезисов научно-практической конференции "Озимая рожь. Селекция, семеноводство, технологии и переработка." – Киров, 2003. – С. 87-89.
9. Martynenko V.S., Antonyuk M.Z. Investigation of uncommon rye population for assessment of the polymorphism permanency with respect to some molecular genetic markers // Proc. International Symposium “Molecular Mechanisms of Genetic Processes and Biotechnology.” Moscow – Minsk, 2001.– P. 93-94.
10. Мартиненко В.С., Антонюк М.З. Генетична основа короткостеблості карликового жита Гном 3 // Збірник наукових праць "Фактори експериментальної еволюції організмів". – Київ: Аграрна наука. – 2003. – С. 158-162.
11. Мартиненко В.С. Генетический анализ популяций ржи, Secale cereale L., по електрофоретическому спектру бета-амилазы. // Збірник тез міжнародного наукового симпозіуму “Сучасні технології селекційного процесу сільськогосподарських культур”. – Харків, 2004. — С. 161–162.
АНОТАЦІЯ
Мартиненко В.С. Принципи генетичного аналізу жита посівного (Secale cereale L.) за генетично моно- або поліморфними ознаками. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 – генетика. – Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Київ, 2005.
Дисертаційну роботу присвячено розробці принципів генетичного аналізу виду рослин з генетично обумовленою складною системою самонесумісності (Secale cereale L.) за ознаками, які контролюються генами з мономорфною та поліморфною основою у популяціях, що аналізуються. Вивчено 4 короткостеблих популяції жита, походження яких пов’язано з 30-річним спрямованим добором на певну висоту стебла. У дослідженні показано, що за генами, що контролюють висоту стебла, вивчені популяції жита є гомозиготними та мономорфними і відрізняються одна від однієї різною кількістю генів із загальної їх кількості три: один адитивний та два напівдомінантних. Структура всіх популяцій за генами, які контролюють бета-амілазу, зернову естеразу та запасні білки (секаліни) є поліморфною та такою, що відповідає закону Харді-Вайнберга. Вивчення динаміки частот алелів та генотипів за цими генами у гібридних популяціях F2 від циклічних схрещувань короткостеблих популяцій надало можливість локалізувати гени короткостеблості у певних хромосомах через встановлення зчеплення цих генів з генами біохімічних ознак та зробити прогноз щодо перспективи їх використання у якості донорів ознаки коротке стебло.
Ключові слова: жито посівне, генетичний аналіз, тест сумісного шкалювання, гени короткостеблості, біохімічні маркери, гени-маркери, частоти генів, закон Харді-Вайнберга.
АННОТАЦИЯ
Мартиненко В.С. Принципи генетического анализа ржи посевной (Secale cereale L.) по генетически моно- или полиморфными признакам. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 – генетика. – Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, Киев, 2005.
Диссертационная работа посвящена разработке принципов генетического анализа вида растений с генетически обусловленной сложной системой самонесовместимости (Secale cereale L.) по признакам, которые в изученных популяциях имеют мономорфное (высота растения) или полиморфное (биохимические признаки) генетическое обеспечение. Изучены 4 короткостебельных популяции ржи, происхождение которых связано с 30-летним направленным отбором на определенное выражение признака длина стебля. Высота родительских популяций составляла от 35 см у Гнома 3 до 120 см у Болгарской короткостебельной. Были проведены циклические скрещивания между исходными формами, получены поколения F1, F2 и беккроссы к каждой из родительских форм. Наше исследование показало, что по генам, контролирующим высоту стебля, изученные популяции ржи являются гомозиготными и мономорфными. Они отличаются друг от друга одним, двумя или тремя генами из трех идентифицированных в этих популяциях: один аддитивный, два — с неполным доминированием. Генетические различия между популяциями установлены с использованием теста совместного шкалирования Кавалли на данных оценки родительских и ряда гибридных популяций, полученных от циклических скрещиваний. Кроме изучения количественных признаков производили електрофоретическое изучение растительного материала по ряду ферментных систем и запасным белкам с целью поиска биохимических маркеров для генов количественных признаков. Выявлен внутри- и межпопуляционный полиморфизм короткостебельных популяций по генам, контролирующим бета-амилазу, зерновую эстеразу и запасные белки (секалины). Соотношение аллелей полиморфных генов и соответствующих генотипов соответствует закону Харди-Вайнберга. Изучение динамики частот аллелей и генотипов по полиморфным генам в популяциях F2 от циклических скрещиваний популяций позволило локализовать гены короткостебельности в определенных хромосомах путем установления сцепления между ними и биохимическими генами-маркерами, хромосомная локализация которых из литературы известна: сцепление идентифицированных QTL высоты стебля с генами β-Amy-R1, β-Amy-R2, Sec1, Sec2, Sec3 и Est1– Est7) указывает на их локализацию на хромосомах 1R, 2R и 5R. Результаты исследования позволяют прогнозировать перспективность использования изученных популяций в качестве источника генов короткостебельности в селекционных программах.
Ключевые слова: рожь посевная, генетический анализ, тест совместного шкалирования, гены короткостебельности, биохимические маркеры, гены-маркеры, частоты генов, закон Харди-Вайнберга.
SUMMARY
Martynenko V.S. Genetic Analysis Principles of Rye Cultivated (Secale cereale L.) for genetically mono- or polymorphous characters. – Manuscript.
Thesis for PhD degree (Biology) by the speciality 03.00.15 – genetics. – Institute of Cell Biology and Genetic Engineering, National Academy of Sciences, Kyiv, 2005.
The thesis is devoted to elaboration of genetic analysis principles for plant species with genetically caused complicated system for self-incompatibility (Secale cereale L.) depending from character type, for which rye populations are analyzed. Four short-stem rye populations derived from direct selection out the initial rye population during 30 years for fixed volume of the trait are investigated. The populations studied were shown to be homozygous and monomorphous as for genes controlling stem height. They differ from each other for one; two or three genes of a list of three genes, one of which is additive and two are semi-dominant. The populations studied were shown to agree with Hardy-Weinberg low as to genes for beta-amylase, seed esterase, and storage proteins (secalins). All the genes are polymorphous in population investigated. Studying the frequency dynamics of the alleles and genotypes for these genes in the hybrid populations F2 from cyclic crosses of short-stem populations allows one to localize the genes for short stem in specific chromosomes through revealing the linkage of these genes with the biochemical genes.
Key words: rye cultivated, genetic analysis, joint scaling test, short-stem genes, biochemical genes, gene markers, gene frequencies, Hardy-Weinberg law.
| 
