Введение к работе
Актуальность проблемы. Рапс (В. napus L.) является одной из самых востребованных масличных культур, как на российском, так и на мировом рынке. Рапс имеет более дешевую себестоимость возделывания, растет при относительно низкой температуре и может возделываться в севообороте с короткой ротацией. Это ценная кормовая культура, которая используется как в виде зеленых кормов, так и в виде шрота в комбикормах. Рапс является замечательным предшественником для других сельскохозяйственных культур, который улучшает агрофизический и фитосанитарный состав почвы. Рапсовую солому широко используют для сельскохозяйственных нужд и в целлюлозно-бумажной промышленности.
Современные селекционные программы направлены на выведение высокоурожайных сортов рапса с улучшенным соотношением жирных кислот (увеличение содержания олеиновой и линолевой кислот при уменьшении линоленовои кислоты максимум до 3%), а также крупносеменных сортов с повышенной масличностью, устойчивых к болезням и полеганию [Карпачёв,' 2005].
Основой любой селекционной программы является исходный материал. От степени разнообразия такого материала, его генетической изученности в решающей степени зависит успех селекционной работы. Естественное внутривидовое генетическое разнообразие рапса сравнительно невелико. Лучшие современные сорта рапса имеют очень узкую генетическую основу, так как в селекции на качество используют одни и те же источники низкого содержания эруковой кислоты и глюкозинолатов. В связи с этим необходимо вести тщательную оценку исходного материала по комплексу хозяйственно-ценных признаков.
Поэтому актуальной задачей в последнее время становится различение сортов рапса на генетическом уровне. Идентификация сортов является важнейшим этапом селекционного процесса. Она необходима для выявления желаемых генотипов из сложных естественных, сортовых и гибридных популяций. Особенно актуальна идентификация сортов в связи с интенсификацией селекции и семеноводства, требующих тщательного семенного контроля и оперативности. В условиях интенсивного земледелия селекционерам нужен такой исходный материал, который позволял бы получать ожидаемые результаты с наименьшими затратами труда и
времени. От степени разнообразия такого материала, его генетической изученности в решающей степени зависит успех селекционной работы.
Определяющими критериями сорта согласно требованиям Международного союза защиты сортов растений (UPOV) являются отличимость, однородность и стабильность (DUS), которые определяются рядом стандартизованных морфологических характеристик. Однако число таких признаков ограничено, и они не всегда стабильны, так как подвержены фенотипической изменчивости. Полевые методы определения трудоемки и требуют больших материальных затрат.
Принципиально новые возможности для сортовой идентификации и оценки сортовой чистоты семян открылись с появлением методов, основанных на применении ДНК-маркеров. Селекция на основе ДНК-маркеров позволит проводить идентификацию и отбор генотипов, минуя фенотипическую оценку, основываясь лишь на данных анализа ДНК. Поэтому в настоящее время большой интерес для селекции представляет разработка технологии генотипирования на основе анализа полиморфизма микросателлитов, позволяющей получить индивидуальную характеристику отдельного генотипа - ДНК-профиль.
Цель работы. Разработка технологии генотипирования сортов рапса на основе анализа полиморфизма микросателлитов с последующим применением в селекции рапса.
Для выполнения работы были поставлены следующие ЗАДАЧИ:
-
Разработать оптимальный набор праймсров для анализа микросателлитных локусов генома рапса.
-
Провести генетический анализ и составить «генетические паспорта» расширенной коллекции сортов рапса.
-
Оценить генетическую однородность сортов рапса отечественной и зарубежной селекции методом микросателлитного анализа и отобрать для дальнейшей селекции однородные родительские формы.
-
Оценить генетическую однородность полученных гибридов рапса методом микросателлитного анализа.
5. Исследовать передачу генетического материала родительских форм в гибриды.
Научная новизна. Разработана универсальная технология генотипирования сортов
рапса (В. napus) на основе анализа полиморфизма микросателлитов. На основании
проведенных исследований нами были определены 15 микросателлитных локусов, пригодных для различения и идентификации сортов рапса. С применением технологии микросателлитного анализа были получены уникальные генетические профили 18 однородных сортов рапса. Количество выявляемых аллелей в зависимости от сорта варьировало от 2 до 6 на локус. Впервые показана возможность контроля передачи генетического материала родительских форм (сортов В. napus L.) в гибриды первого поколения. На основе 6 сортов были получены гибриды и исследована передача генетического материала родительских форм в гибриды. В результате секвенирования полиморфных фрагментов ряда микросателлитных локусов установлено, что их полиморфизм определяется количеством тандемных повторов.
Практическая значимость работы. В результате совокупного анализа 15 микросателлитных локусов исследуемых сортов рапса было выявлено 53 дескриптора генетического разнообразия. Для каждого сорта получен уникальный генетический профиль, позволяющий осуществлять различение и идентификацию сортов рапса. Установлена степень генетического родства исследованных сортов, что является ценной информацией для селекции, особенно при отсутствии четких данных по родословной. Эти данные важны для поддержания и совершенствования коллекций сортов, а также могут использоваться для охраны авторских прав, сертификации семян и контроля подлинности сортового материала. Предлагаемая технология генотипирования рапса на основе микросателлитного анализа позволяет надежно различать сорта, выявлять генетическую однородность селекционного материала, осуществлять контроль передачи генетического материала от родительских форм в гибриды.
Таким образом, технология генотипирования на основе микросателлитного анализа может являться мощным инструментом для селекционеров, который позволит отбирать генетически однородный материал для скрещиваний и контролировать селекционную работу, что представляет особую важность для селекции перекрестноопыляемых растений, таких как рапс.
Публикации и апробация работы. По результатам диссертации опубликовано 4 печатные работы. Основные результаты исследований были представлены на Международном координационном совещании по рапсу «Научное обеспечение
отрасли рапсосеяния и пути реализации биологического потенциала рапса» (г. Липецк, 12 - 15 июля 2010 г.), Десятом юбилейном Международном форуме «Высокие технологии 21-го века» (г. Москва, 21-24 апреля 2009 г.), заседании Территориального координационного совета «Проблемы земледелия ЦЧЗ», (п. Каменная Степь, 29 мая 2009 г.), научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного комплекса Поволжья и сопредельных районов» (г. Пенза, 30 июня - 3 июля 2009 г.), IX молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» (г. Москва, 8 апреля 2009 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы, включающего 275 библиографических ссылок. Работа изложена на 147 страницах печатного текста, содержит 15 таблиц и 18 рисунков.
