локализация мейотических генов на генетической карте

ЛОКАЛИЗАЦИЯ МЕЙОТИЧЕСКИХ ГЕНОВ
НА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ КАРТЕ СЦЕПЛЕНИЯ РЖИ
Т.В. Долматович1, С.В. Малышев1, А.В. Войлоков2, С.П. Соснихина2, Н.А. Картель1
1
- ГНУ «Институт генетики и цитологии НАН Беларуси», Минск, Беларусь
2
- Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
[email protected]
В настоящее время селекционное улучшение ржи (Secale cereale L.) во многом связано с
успехами молекулярной генетики, которая позволяет маркировать признаки, локализовать
их на высокоплотных генетических картах, насыщенных молекулярными маркерами, а
также изучать механизмы наследования и передачи наследственной информации.
Особый интерес представляет изучение мейоза у ржи, так как его механизм
обеспечивает рекомбинационные процессы при гибридизации, стабильность и изменчивость
генома. Исследования, представленные в данной работе, базируются на использовании
коллекции мейотических мутантов, полученной в лаборатории генетики растений СанктПетербургского Государственного Университета (СПбГУ) [1].
Целью нашей работы было картирование пяти синаптических мутаций ржи: sy1, sy9,
sy10, sy18 и sy19 с использованием SSR и AFLP маркеров.
Материалом для исследования послужили инбредные поколения линий Мс1, Мс9, Мс10,
Мс18 и Мс19 расщепляющиеся по мутациям sy1, sy9, sy10, sy18 и sy19 соответственно.
Линии, несущие синаптические мутации sy1 и sy10, первоначально были выделены из
сорнополевой ржи Закавказья, а sy9, sy18 и sy19 из сортовой популяции Вятка. Мутанты
стерильны и полустерильны и поддерживаются при самоопылении фертильных растений в
гетерозиготном состоянии.
Для молекулярно-генетического картирования перечисленных генов было создано пять
гибридных F2 популяций ржи.
Тестирование мейотических фенотипов вели только по цитологическим показателям,
для чего колосья каждого растения фиксировали в смеси Ньюкомера и исследовали
метафазу I мейоза на давленых препаратах, окрашенных 2% ацетокармином. С этих же
растений были взяты листья для изозимного и микросателлитного анализа.
Для картирования мутантных генов была использована выборка микросателлитных
маркеров, содержащая геномные SSR маркеры ржи (Xscm), EST-SSR маркеры ржи (Xscm,
Xrems) и геномные SSR маркеры пшеницы (Xgwm) [2]. Полимеразную цепную реакцию
выполняли по методике описанной Röder и др. [3] (Xscm и Xgwm маркеры) или Khlestkina и
др. [4] (Xrems маркеры). Всего в работе было использовано 128 SSR маркеров, из которых 72
были полиморфными. AFLP-анализ проводили в соответствии с протоколом Vos и др. [5] с
модификациями. После учёта генотипов индивидуальных F2 растений в каждом из
исследованных локусов, были построены генетические карты сцепления с использованием
программы MAPMAKER/EXP 3.0b. Генетические дистанции в сантиморганидах (сМ)
вычисляли с использованием функции Kosambi. Соответствие расщеплений Менделевским
соотношениям анализировали с помощью критерия χ2. Генетические карты были
нарисованы с использованием программы MapChart 2.2.
Гены sy1 и sy19 были картированы на длинном плече хромосомы 7R (рисунок). Sy1
четко маркирован по отношению к 5 ржаным SSR локусам (Xscm92, Xscm102, Xrems1188,
Xrems1135) и сцеплен на дистанции 0.4 сМ с двумя косегрегирующими локусами Xrems1188
и Xrems1135 (проксимально) и 0.1 сМ с Xscm102 (дистально). Sy19 локализован
относительно 5 ржаных SSR локусов (Xscm31, Xscm32, Xscm35, Xscm43, Xrems1130 и
Xrems1230), более дистально на длинном плече хромосомы 7R ржи и сцеплен на расстоянии
6.4 сМ с микросателлитным локусом и Xrems1234.
74
Гены sy9 и sy18 картированы на хромосоме 2R ржи. Sy9 локализован вблизи центромеры
относительно 6 ржаных SSR локусов (Xscm31, Xscm32, Xscm35, Xscm43, Xrems1130 и
Xrems1230), одного пшеничного SSR локуса Xgwm132 и изозимного локуса Sod2. Данный
ген косегрегировал с двумя SSR маркерами Xscm43 и Xgwm132. Из других исследований
известно, что оба эти маркера расположены в геноме ржи на длинном плече хромосомы 2R
вблизи центромеры. Sy18 картирован в центромерной области хромосомы 2R по отношению
к 3 ржаным SSR локусам (Xrems1130, Xrems1203 и Xscm43), одному пшеничному SSR
локусу Xgwm132. Маркеры Xrems1130 и Xrems1203 локализованы на дистанции 0,5 сМ
дистально и 3,1 сМ проксимально по отношению к гену sy18.
Для локализации гена sy10 у ржи дополнительно был применён AFLP анализ с 5
комбинациями праймеров. Ген sy10 расположен на длинном плече хромосомы 5R по
отношению к 3 пшеничным SSR локусам (Xgwm 126, Xgwm 6, Xgwm 538), одному ржаному
локусу Xscm179 и одному AFLP локусу Xe31m57-186. Sy10 локус расположен между
Xe31m57-186 и Xscm179 маркерами с дистанциями 6,1 сМ и 12,6 сМ соответственно.
Точная локализация мейотических генов относительно молекулярных маркеров
открывает перспективы для их тонкого картирования и клонирования с использованием
генов-кандидатов из секвенированных геномов (например, риса). С другой стороны,
позволяет упростить поддержание стерильных мутаций в гетерозиготном состоянии, а также
создавать двойные мутанты с применением маркерного отбора для изучения специфических
взаимодействий синаптических генов в процессе мейоза.
2R
2R
Xscm10
0,5
3,1
5R
Xrems1130
sy18
Xrems1203
18,6
0,8
45,3
7,7
6,0
2,9
2,5
7,4
Px-2R
Sod2
Xscm32
Xscm35
Xscm31
Xrems1130
Xscm43
Xgwm132
sy9
Xrems1230
Xscm43
Xgwm132
5,0
6,0
2,3
1,1
2,5
3,8
7R
Xe37m48-510
Xe33m48-326
Xe36m56-181
Xe36m56-324
Xe33m48-423
Xscm138
Xe37m48-118
Xe36m61-148
7R
Xscm92
11,3
10,2
0,4
0,1
12,9
Xrems1187
Got2
sy1
27,6
Xrems1135
Xrems1188
Xscm102
41,9
Xscm92
Xscm150
8,7
2,4
1,4
7,2
1,7
6,4
sy19
Xe31m57-358
10,4
3,4
0,6
4,3
5,5
9,2
Xscm77
Xrems1132-5R
Xe36m56-560
Est6/9
Xrems1237
53,0
Xscm174
21,3
7,6
3,0
3,1
6,1
Xscm40
Xrems1135
Xrems1188
Acp1
Xrems1234
Xrems1197
Xgwm126
Xgwm6
Xgwm538
Xe31m57-186
19,1
Xrems1253
Xscm183
sy10
12,6
Xscm179
Рис. Генетическая карта 2R, 5R и 7R хромосом ржи, построенная на основе SSR и AFLP маркеров. Жирным
шрифтом указаны позиции мутантных локусов sy1, sy9, sy10, sy18 и sy19.
1. С.П. Соснихина, Е.И. Михайлова, О.А. Тихолиз, С.Н Прияткина, В.Г. Смирнов, А.В. Войлоков,
Ю.С.Федотова, О.Л Коломиец, Ю.Ф. Богданов Генетическая коллекция мейотических мутантов ржи Secale
cereale L. // Генетика.-2005.-Т. 41.-№10.-С. 1310-1321.
75
2. B. Saal, G. Wricke Development of simple sequence repeat markers in rye (Secale cereale L.) // Genome.-1999.-V.
42.-P. 964-972.
3. M.S. Röder, V. Korzun, K. Wendehake, J. Plaschke et al. A microsatellite map of wheat // Genetics.-1998.-V. 149.P. 2007-2023.
4. E.K. Khlestkina, M.H.M. Than, E.G. Pestsova, M.S. Röder, S.V Malyshev, V Korzun., A. Börner Mapping of 99 new
microsatellite-derived loci in rye (Secale cereale L.) including 39 expressed sequence tags// Theor. Appl. Genet.2004.-V. 109.-P.725-732.
5. P. Vos, R. Hogers, M. Bleeker, M. Reijans, T. van der Lee, M. Hornes, A. Frijters, J. Pot, J. Peleman, M. Kuiper,
M. Zabeau AFLP: a new technique for DNA fingerprinting // Nucl. Acids. Res.-1995.-V. 23.-P. 4407-4414.
ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЛЕКЦИОННЫХ ОБРАЗЦОВ И МЕЖСОРТОВЫХ
ГИБРИДОВ ОВОЩНОЙ ФАСОЛИ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ПОНИЖЕННЫМ
ТЕМПЕРАТУРАМ
Е.С. Досина 1, В.С. Анохина2
1
– РУП «Институт овощеводства НАН Беларуси», Минск, Беларусь
2
– Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь
[email protected], [email protected]
В последнее время интенсивно ведутся исследования по использованию метода
пыльцевой селекции для повышения устойчивости культур к действию факторов
окружающей среды. Селекционно-значимым признаком для овощной фасоли является
устойчивость к низким температурам. Наличие устойчивых к этому фактору образцов
необходимо при более ранних посевах, а также для избегания поражения растений при
поздних весенних заморозках.
Для выделения холодоустойчивых генотипов использовали различные методические
приемы: метод холодного проращивания семян и метод оценки холодоустойчивости по
мужскому гаметофиту [1 - 4].
В нашей работе проведено комплексное изучение устойчивости к пониженным
температурам 41 сорта и 135 гибридных линий, полученных в результате межсортового
скрещивания, методом холодного проращивания семян и 10 сортов фасоли с
использованием метода гаметофитного отбора (по реакции пыльцы на воздействие стресса).
В результате проведенных исследований выявлено у фасоли овощной большое
генетическое разнообразие форм по признаку холодоустойчивости. Всхожесть семян при
благоприятном температурном режиме + 25 оС (контрольный вариант) составила от 75% до
100%. При низкой температуре +9 оС (опытный вариант) этот показатель изменялся: от 0%
(образцы Matador, Slavia, Glamis, Jantar) до 88% (сорт Рант). Это свидетельствует о том, что
разные генотипы неодинаково реагируют на воздействие низких положительных температур
в период набухания и прорастания семян.
Для оценки параметра холодоустойчивости изучаемых сортов рассчитывали
относительную холодоустойчивость, которую использовали при определении групп
устойчивости коллекционных образцов. Среди проанализированных форм большинство
относятся к 3 группе – неустойчивые. Сортообразцы Зорюшка, Рант, Секунда высокохолодоустойчивые. У растений этой группы отмечена высокая всхожесть в условиях
низких положительных температур. Ко второй группе холодоустойчивости среднеустойчивые относятся 9 изученных сортов. Четвертая группа (нехолодоустойчивые
сорта) представлена сортообразцами: Matador, Slavia, Glamis, Jantar.
В настоящее время на различных культурах разработаны и успешно применяют методы
оценки холодоустойчивости по мужскому гаметофиту [4].
В нашем эксперименте действие низкой температуры на прорастающую пыльцу
проявилось в достоверном снижении ее жизнеспособности (исключение отмечено для сорта
76