Введение к работе
Актуальность проблемы. Овес (Avena saliva, A. byzantina) - один из древнейших и важнейших представителей злаковых. Род Avena L. отличается большим эколого-географическим разнообразием и включает культурные, дикие и сорные виды, которые формируют природный полиплоидный ряд, объединяющий диплоиды (2п=14), тетраплоиды (2п=28) и гексаплоиды (2п=42) с основным числом хромосом х = 7. На данный момент описано 26 видов овса, и только четыре из них возделываются человеком: A. strigosa, A. abyssinica, А. saliva и А. ЬугапіїпаЛш не менее, овес изучен удивительно слабо по сравнению с пшеницей, ячменем, рожью, рисом, кукурузой и другими хозяйственно значимыми культурами.
Малую изученность рода Avena L. можно объяснить тем, что у рода крайне затруднена гибридизация, попытки переноса генов часто оказываются безуспешными. Кроме того, работ по детальному исследованию хромосом овса, и особенно по их дифференциальной окраске мало. Нет четкого маркирования хромосом, а именно от этого зависит дальнейшая стратегия изучения геномов овса и их эволюции. Не решены многие вопросы филогении этого рода. В то же время, многие дикорастущие виды представляют интерес для селекции. Так, диплоидные виды A. pilosa М.В., A. venlricosa Bal., A. hirtula Lag., и A. prosrtata Ladiz. устойчивы к мучнистой росе; A. wiestii Steud. -к септориозу (Septona avenae Frank.); A. longiglnmis Dur. используется как промежуточная форма при гибридизации тетраплоидов с посевным овсом (Thomas, 1989). A.magna Mur. et Terr, и A. murphyi Ladiz. имеют повышенное содержание белка (до 30 %), лизина и масла в зерновке, устойчивы к мучнистой росе и корончатой ржавчине (Ladizinsky, 1989). A. macrostachya Bal. характеризуется абсолютной устойчивостью к стеблевой и корончатой ржавчине, вирусу желтой карликовости ячменя (BYDV), к повреждению тлей и повышенной зимостойкостью (Leggett, 1992). Дикорастущие гексаплоиды A. slerilis L. и А. fatua L. также играют немаловажную роль в селекционном процессе, обладая множеством хозяйственно-ценных признаков (Frey, 1991).
Для изучения рода Avena L. применяли разные подходы: скрещивание и получение гибридов, получение моносомных и нуллисомных линий, монохромное и дифференциальное окрашивание хромосом, гибридизация in situ, RAPD, RFLP и AFLP-анализ. Однако данные, полученные этими методами, разрознены, не систематизированы и требуют дополнения. Таким образом, подробное исследование рода Avena L. с использованием молекулярно-цитогенетических маркеров является весьма актуальным.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось детальное изучение видов овса с помощью цитогенетических (С-бэндинг) и молекулярно-цитогенетических (гибридизация in situ) методов для оценки
внутривидового разнообразия и уточнения филогенетических связей внутри рола Avena L. В задачи исследования входило:
1. Сравнение ди-, тетра- и гексаплоидных видов рода Avena L,
представляющих различные варианты геномов, с помощью дифференциального
окрашивания хромосом (С- бэндинга) и детальное описание их кариотипов.
-
Молекулярное маркирование геномов методом in situ гибридизации с пробами 5S и 18S-26S рРНК генов.
-
Уточнение филогенетического родства видов, определение доноров геномов на основании полученных нами данных и анализа работ других авторов.
Научная новизна работы. Впервые с помощью метода С-бэндинга в единой системе описаны все виды рода Avena L. и выявлены цитогенетические маркеры, позволяющие идентифицировать каждый вид. На основании анализа образцов различного происхождения с учетом литературных данных описаны варианты внутривидового полиморфизма. На хромосомах всех видов рода определена локализация 2-х семейств рибосомных генов (5S и 45S рДНК), что позволило уточнить геномный состав полиплоидов. Результаты С-дифференциального окрашивания в совокупности с гибридизацией in situ позволили разработать схему предполагаемой эволюции тропа Avena.
Научно-практическое значение работы. В работе уточнен геномный состав и видовая принадлежность ряда спорных образцов, что особенно важно для характеристики генетических коллекций, поддерживающихся в генбанках нашей страны (ВИР) и за рубежом. Получение маркеров, характеризующих как отдельные хромосомы овса, так и группы геномов, способствовало выработке оптимальной стратегии для последующего углубленного изучения геномов овса с помощью молекулярных методов анализа, совершенствования и уточнения генетических карт хромосом, картирования хозяйственно-полезных признаков. Характеристика образцов гексаплоидных овсов по наличию хромосомных перестроек окажется полезной при подборе пар для скрещиваний в селекционном процессе. Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы при чтении лекций на факультетах, готовящих специалистов в области биологии и сельского хозяйства.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на V Международном совещании и школе молодых ученых: «Кариология, кариосистематика и молекулярная систематика растений» (Санкт-Петербург, 12-15 октября 2005 г.), на IV научной школе молодых ученых по экологической генетике (Санкт-Петербург, 28-31 мая 2007 г.), на II Вавиловской международной конференции «Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке: состояние, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург,
26-30 ноября, 2007 г.), на научном семинаре «Генетика растений» Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН (Москва, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 4 статьи и 3 тезисов.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 198 страницах и состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 349 источников, в том числе 306 иностранных. Диссертация иллюстрирована 24 рисунками и 11 таблицами.
