Введение к работе
Актуальность темы. Пшеница - одна из важнейших сельскохозяйственных культур в мире, представляющая собой основной продукт питания в 43 странах. Ежегодно в мире собирают более 500 млн. тонн зерна с площади 230 млн. га. Увеличение валового сбора с/х продукции, ранее достигавшееся за счет роста посевных площадей, на сегодняшний день невозможно из-за ограниченности пахотных земель, и вследствие их активной деградации. Сейчас, рост урожайности основных с/х культур, в том числе пшеницы, гораздо меньше скорости роста населения земли, которое по прогнозам РАО к 2030 году достигнет 8 миллиардов человек. Для решения продовольственной проблемы необходимо в первую очередь повышение урожайности основных продовольственных культур, в числе которых -пшеница.
Генофонд пшеницы ограничен, и приток в него новых генов является сложной задачей, которая в традиционных селекционных программах решается преимущественно за счет отдаленной гибридизации. Современные методы генной инженерии дают возможность значительно ускорить процессы создания высокопродуктивных сортов пшеницы за счет вовлечения в селекционный процесс тех генов, которые невозможно ввести с помощью традиционной селекции.
Несмотря на то, что первые трансгенные растения пшеницы были получены в 1992 году, до сих пор существует целый ряд проблем, ограничивающих возможности трансформации пшеницы. С одной стороны эффективность трансформации пшеницы в значительной степени определяется генотипом. С другой стороны селекция трансгенных тканей на фосфинотрицине, наиболее популярном селективном агенте при трансформации пшеницы, является низко-продуктивной, так как наблюдается большой процент регенерации (до 90%) нетрансгенных растений, что усложняет и удорожает получение трансгенных растений. Кроме того, существует проблема закрепления гетерологичных признаков в семенном потомстве трансгенных линий пшеницы, поскольку часто наблюдается инактивация встраиваемых генов с частичной или полной потерей их экспрессии. Уровень экспрессии гетерологичных генов в полевых условиях часто оказывается более низким в сравнении с условиями защищенного грунта. Эти и другие причины вызывают необходимость разработки эффективной генотип-независимой системы трансформации сортов пшеницы отечественной селекции.
Цели и задачи исследований. Целью наших исследований являлись разработка эффективной системы генетической трансформации отечественных сортов мягкой пшеницы, включающей этапы от регенерации растений из соматических тканей до полевых испытаний трансгенных линий пшеницы, а также получение трансгенных линий пшеницы, устойчивых к гербицидам на основе фосфинотрицина, стабильно наследующих
гетерологичные признаки в потомстве. Для достижения поставленных целей выполнялись следующие задачи:
Оптимизировать условия индукции соматического эмбриогенеза и регенерации in vitro растений нескольких сортов пшеницы отечественной селекции.
Определить оптимальные параметры баллистической трансформации пшеницы на основе транзиентной экспрессии репортерных генов ф и gus.
Разработать эффективную методику селекции трансгенных тканей пшеницы.
Изучить характер наследования гетерологичных генов в нескольких поколениях трансгенных линий пшеницы и отобрать линии, стабильно наследующие перенесенные признаки.
Оценить устойчивость трансгенных линий пшеницы к действию гербицида «Баста» в условиях защищенного грунта.
Провести полевые испытания гомозиготных популяций трансгенных растений пшеницы с целью:
а) оценки фенотипа трансгенных растений на соответствие исходному
сорту.
б) оценки влияния обработки гербицидом «Баста» на основные
агрономические характеристики трансгенных линий пшеницы.
Научная новизна.
Впервые в России с помощью баллистического метода трансформации получены трансгенные линии пшеницы отечественных сортов с генами bar, фи gus.
Разработана эффективная система двойного отбора трансгенных тканей пшеницы, позволяющая значительно снизить долю нетрансгенных побегов среди первичных регенератов.
Впервые проведен сравнительный анализ стабильности экспрессии репортерных генов ф и gus, при одновременном наследовании в трансгенных растениях пшеницы.
Впервые в России проведены полевые испытания трансгешшх зерновых культур, на примере пшеницы.
Практическая пенность работы.
Разработана высокоэффективная система баллистической трансформации пшеницы, применимая к различным сортам.
Разработана методика быстрого скрининга трансгенного потомства пшеницы, позволяющая в условиях защищенного грунта анализировать до двух-трех поколений в год.
Получены гомозиготные линии трансгенной пшеницы, стабильно наследующие гетерологичные признаки, которые могут использоваться в качестве исходного материала в традиционных селекционных программах.
Разработана методика полевых испытаний трансгенных форм пшеницы, применимая к различным злаковым культурам.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, результатов исследований, заключения и выводов. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц и 19 рисунков. Библиография включает 229 источников, из них 226 яа английском языке.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
