Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Одной иг важнейших особенностей тритикале является сочетание геномов пшеницы и ржи, приводящее к проявленій новых биологических и хозяйственных признаков, в той числе высокому содержанию белков и незаменимых аминокислот. Достижения последних лет по генетике, селекции и биохимии тритикале указывают на возможность использования его не только как зернофуражной культуры, но и в хлебопекарной промышленности CAmaya et al., 1986; Beaux et 'al.-,.,1935; Marci et al., 1986; Schuller, 19Є63. Так как биология культуры и хлебопекарное качество муки в значительной степени определяются количественными и качественными характеристиками входящих в ее состав белков, значительный интерес представляет изучение изменчивости и наследования свойств белкового комплекса исходных форм пшеницы и ржи у тритикале. По зтой проблеме нет единого мнения, иногда при изучении одних и тех же линий тритикале авторы приходят к противоположным выводам.
Среди основных недостатков тритикале как зерновой культуры следует выделить недовыполненкссть и предуборочное прорастание его зерна в.колосе. Проросшим и недовыполненным семенам тритикале характерно наличие более высокого уровня амилолитичзской и протеолитической активности [Ching et al., 19753. В "морщинистом" типе зерна тритикале уровень зтих'фермэнтов возрастает на последних стациях созревания зерна и может, создавать биохимический дисбаланс. Рядом автороЕ проводились и проводятся исследования по выяснении взаимосвязи между активностью гидролаз в зерне и хлебопекарным качеством муки тритикале и пшеницы CShanna et al., 19S7; Suretal., 1993; Zawistowska et al., 19883. Показано, в частности, что протеолнтическая активность муки тритикале значительно выше, чем у пшеницы. Прорастание зерна в колосе и при хранении повышает этот показатель, что неблагоприятно сказывается на хлебопекарных качества); муки, таї-: как нрбтеазы, расщепляющие белки клейковины, уменьшают их способность удерживать газ во время брожения теста CBushuk, 19933.
. Таким образом, изучение особенностей' белкового комплекса зерна тритикале с разной долей генома ржи и пшеницы редставля-
2 -ется актуальным как в теоретическом плане, так и для решения ряда задач практического использования этой зерновой культуры.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Тема диссертации связана с выполнением научно-исследовательской работы "Биохимическое изучение растений с выраженным биосинтезом запасных и биологически активных веществ с целью выявления оптимальных путей их использования на основе новых биотехнологий" (N госрегистрации 1994871), входящей в комплексную программу фундаментальных исследован;т "Продуктивность растений".
Еель и задачи исследования. Цель настоящей диссертационной работы - дать целостное представление об особенностях белкового комплекса, активности протеазо-ингибиторной системы созревающего, покоящегося и прорастающего зерна озимых тритикале и сека-лотритжума, определить характер, формирования белкового комплекса в сравнении с родительскими формами. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
провести сравнительный анализ белка зерновок озимого тритикале и его родительских форм по электрофоретической гетерогенности;
изучить количественный и качественный состав фракции белков: альбуминов, глобулинов, проламинов и глютекинов и выявить характер наследования компонентного состава белков семян пшеницы и ржи у озимого тритикале;
исследовать особенности компонентного состава фракции водорастворимых белков семян тритикале и его родительских форм на стадиях созревания, покоя и прорастания;
разработать методические подходы исследования закономерностей накопления и разрушения запасных белков, изменения активности и компонентного состава протеодитических ферментов в ходе созревания и прорастания семян тритикале, ржи и пшеницы;
выявить основные системы ингибиторов прогеиназ у тритикале, ржи и пшеницы в связи с возможностью использования ингибиторов в качестве маркеров генетических систем я идентификации устойчивых к предуборочному прорастанию форм зерновых культур.
Научная новизна подученных результатов. Впервые проведено исследование белкового комплекса ржавев пшеничного амфидиплоида -секалотритикум, селекционно новой формы, созданной на цитоплазме ржи. Впервые осуществлен, комплексный анализ протеазо-ингибиторной системы тритикале..: Экспериментально обоснованы эффектив-
иые методические подходы к исследованию протеазо-ингибиторного комплекса, основанные на электрофоретическом разделении;! с последующим выявлением протеолитических ферментов в подиакриламид-ных гелях, содержащих сополимеризованный субстрат и выявлением ингибиторов протеолитических ферментов с помощью желатина. Показаны отличия по компонентному составу эндопептидаз в ходе онтогенеза семян тритикале, ржи и пшеницы. Охарактеризованы системы ингибиторов трипсино-, химотрипсино-, субтшшзиноподобных и тио-ловых протеиназ. Показано, что ингибиторы протеолитических ферментов из эндосперма тритикале, ржи и пшеницы характеризуются видовой специфичностью и представлены большим числом компонентов, отличающихся по молекулярным массам, иэоэлектрическш точкам.
Практическая значимость полученных результатов. Использование полиморфных белковых систем растений позволяет проводить идентификацию сортов, исходного материала и новых форм. Показана возможность использования ингибиторов протеаз для маркирования различных геномов и хромосом.
Получена база данных по белковому комплексу семян межродовых гибридов - тритикале и секалотритикума, которая дает генетико- биохимическое обоснование'селекционной работе с этими культурами. Результаты по динамике протеолитической активности и компонентному составу протеиназ в онтогенезе семян, по активности, накоплению и компонентному составу ингибиторов протеаз переданы селекционерам для отбора генотипов о хозяйственно полезными признаками (по качеству зерна). Результаты проведенной работы используются селекционным центром БелНИИ'земледелия и кормов в процессе создания новых форм тритикале и секалотритикума.
Экономическая значимость полученных результатов. Использование биохимических данных и методов анализа повволит проводить целенаправленный отбор селекционно-ценных генотипов, что будет-способствовать повышению эффективности и ускорению селекционного процесса на качество зерна пшенично-ржаных амфидиплоидов - тритикале.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:
особенности белкового комплекса семян пшенич] -ржаных и ржано-пшеничных амфидиплоидов и их родительских форм;
специфичность проявления протеолитической активности и
4 изменение компонентного состава протеинаэ в ходе онтогенеза семян тритикале, ржи и пшеницы;
- выявление и характеристика ряда систем ингибиторов проте-олитических ферментов семян тритикале, секалотритикума, пшеницы и ржи.
Личный вклад соискателя. Весь экспериментальный материал получен лично автором. Выбор условий эксперимента, интерпретация результатов и анализ данных проведены соискателем самостоятельно. В работе обобщен экспериментальный материал, полученный с использованием современных биохимических методов исследований. Полученные автором результаты экспериментально обоснованы и достоверны.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы были представлены на конференции молодых ученых Беларуси и Литвы (14-17 ноября 1991 г., Беловежская Пуща), VII съезде БРБР (25-27 мая 1993 г., Березинский биосферный заповедник), конференции "Генетическая инженерия и биотехнология" (29-20 марта 1994 г., Минск), республиканской конференции "Современные проблемы генетики и селекции" (4-6 июля 1995 г., Минск), биохимических семинарах ИЗБ АКБ.
Опу'бликованность результатов. Основные положения работы освещены в 4 статьях и 3 тезнсач.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, включая 20 рисунков, и состоит из введения, общей характеристики работы, 5-ти глав, выводов, списка литературы (173 источников) и 3 приложений.