Система учета научной деятельности (ASSA) |
Лаборатория генетики и эволюции бобовых растений (т.02)Отделение генетики растений
Научные результаты Сотрудники О Подразделении 1. Основное направление фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований
2. Задачи, решаемые в настоящее время в рамках базового бюджетного проекта Приоритетное направление VI.53. Общая генетика. Программа VI.53.1. Генетические основы эволюции и селекции: механизмы изменчивости, генетическое разнообразие и методы создания нового исходного материала для генетико-селекционных исследований. Координнатор: Академик В.К. Шумный Проект VI.53.1.4.: Генетический контроль механизмов несовместимости между растениями разных таксонов и их адаптации к неблагоприятным условиям среды. Координнатор: Першина Л. А., д.б.н., проф. 2013-2015 гг. Задача лаборатории (блок 2): Генетический анализ репродуктивных барьеров между видами рода Pisum; изучение роли ядерно-цитоплазматического конфликта и отдельных ядерных генов, контролирующих несовместимость ядра и пластид, в проявлении этих барьеров Приоритетное направление VI.53: Общая генетика Программа VI.53.1.: Генетические основы эволюции и селекции: механизмы изменчивости, генетическое разнообразие и методы создания нового исходного материала для генетико-селекционных исследований Проект: VI.53.1.1. Генетическое разнообразие возделываемых растений как основа эволюции и селекции (Координнатор: чл.-корр. РАСХН Гончаров Н.П.) Задача лаборатории (Блок Б). В решении актуальной биологической проблемы – повышения эффективности использования молекулярного азота атмосферы в сельском хозяйстве, необходимо усовершенствовать методы селекции бобовых растений на повышение эффективности бобово-ризобиального симбиоза. Цели: 1) Разработать новые генетические модели с сочетанием разных sym-генов в одном генотипе макросимбионта и выявить возможности использования их в селекции; 2) Изучить физиолого-биохимические особенности и возможности использования в селекции суперклубеньковых и гиперклубеньковых симбиотических мутантов гороха, маркированных нами рецессивными генами nod3 и nod4 и доминантным геном Nod5.
3. Прикладные разработки Ведутся активные исследования по разработке эффективных методов использования индуцированных симбиотических мутантов гороха (Pisum sativum L) в селекции на повышение нодуляции и активности азотфиксации. Разработан метод рекуррентной селекции, основанный на сочетании в одном генотипе разных аллелей разных симбиотических генов – супернодуляции nod3 и гипернодуляции Nod5. Впервые проведена оценка районированных сортов гороха, созданных в СИБНИИСХ (г. Омск) по активности азотфиксации. Результаты будут использованы в селекции гороха на повышение азотфиксации и накоплению азота в почве.
4. Иллюстрированное описание лучших результатов, полученных подразделением за последние 5 лет У посевного гороха обнаружен феномен ядерно-цитоплазматической несовместимости. При скрещивании дикорастущего образца ВИР320 (Pisum sativum subsp. elatius) в качестве материнского родителя с культурными формами гороха, гибриды первого поколения отличаются нарушенной хлорофилльной пигментацией, затрагивающей отдельные клоны клеток, редукцией листовых пластинок и прилистников, усиленным ветвлением, резко сниженной плодовитостью. Гибриды от скрещиваний в обратном направлении нормальны. Обнаружено, что проявления конфликта преодолеваются при неканоническом двуродительском наследовании пластид, причем зеленые сектора содержат отцовские пластиды, что свидетельствует о наличии конфликта между ядерным геномом и пластидным (Рис. 1). Установлено, что данный конфликт определяется по модели доминантной комплементации двумя несцепленными ядерными локусами, обозначенными Scs1 и Scs2: аномальный фенотип проявляется при наличии «культурного» аллеля в каждом из двух локусов. В отношении фертильности пыльцы эти локусы являются полимерными: наличие «культурного» аллеля в любом из них снижает фертильность пыльцы гибридов на 50-60%. В сочетании с цитоплазмой от ВИР320 «культурный аллель» Scs1 является спорофитной и гаметофитной леталью, а «культурный» аллель Scs2 - гаметофитной детрименталью. Scs1 картирован в группе сцепления III между генами PhlC и sym7, а ген Scs2 – в группе сцепления V между генами gp и Met2. В скрещиваниях других представителей рода горох, принадлежащих к видам Pisum fulvum, P. abyssinucum и подвиду P. s. subsp. elatius, также наблюдаются проявления ядерно-цитоплазматической несовместимости, в основном связанные с эффектом аллелей гена Scs1 и проявляющиеся в виде сниженной семенной продуктивности и фертильности пыльцы. Высокопроизводительное секвенирование на платформе Ion Torrent полного пластидного генома у нескольких представителей рода Pisum указывает на пластидный ген AccD, кодирующий одну из субъединиц фермента ацетил-коА-карбоксилазы, играющего важную роль в биосинтезе жирных кислот, в качестве наиболее вероятного участника изучаемого конфликта со стороны цитоплазмы. Рисунок 1. Мозаичный хлороз гибрида первого поколения от скрещивавния ВИР320 с культурным горохом и CAPS-анализ пластидного гена RbcL из секторов листа: хлоротичного (материнский аллель) и зеленого (гетероплазмия с преобладанием отцовского аллеля).
Анализ встречаемости аллелей трех диморфных молекулярных маркеров из разных клеточных геномов у представителей рода горох (Pisum L.) выявил в каждом из них аллель, предковый для рода, и производный аллель, характерный для культурного гороха (Pisum sativum subsp. sativum). Мутационный переход между этими аллелями произошел внутри вида посевной горох (Pisum sativum) до его доместикации, поскольку все сочетания аллелей - предковое, производное и промежуточные - выявлены среди его дикорастущих представителей (Pisum sativum subsp. elatius s. l.). Географическое распространение аллелей свидетельствует о том, что вид возник в Восточном Средиземноморье, откуда распространился в Западное Средиземноморье, где возникли производные аллели и до сих пор распространены промежуточные сочетания аллелей. Носители производных аллелей заняли Северо-Восточное Средиземноморье, включая Причерноморье, встретились с носителями диких аллелей в Малой Азии и дали начало культурному гороху. Гистон Н1 – важный компонент хроматина эукариот, взаимодействующий со специфическими генными регуляторами и тем самым составляющий часть молекулярной среды, в которой происходит экспрессия любого гена. Изменения молекулы Н1 могут влиять на дифференциальную экспрессию многих генов и, следовательно, на многие признаки фенотипа. У бобовых растений выявлен высокий уровень внутривидового полиморфизма по гистону Н1. Используя изогенные линии гороха, чины и чечевицы в качестве модели, было продемонстрировано влияние замещения аллельных вариантов Н1 на многие количественные признаки. Высокий уровень изменчивости С-терминального домена гистона Н1 позволил провести реконструкцию филогенетических отношений в роде горох (Pisum L.) на основе первичной структуры гена, кодирующего один из его субтипов. С другой стороны, филогенетический сигнал не выявляется у гена, кодирующего уникальный субтип гистона Н1, экспрессирующийся только в делящихся клетках гороха, по всей видимости вследствие серьезных адаптивных ограничений на его изменчивость. В то же время у насекомых, для которых неаллельная гетерогенность гистона Н1 малохарактерна, а эволюционная изменчивость гена гистона Н1, как было показано ранее работами лаборатории, имеет значимую адаптивную составляющую, уровень этой изменчивости оказался достаточно высоким – примерно вдвое ниже чем у популярного в филогенетических исследованиях митохондриального гена COI. Это делает гены гистона Н1 перспективными филогенетическими маркерами. Повышение эффективности бобово-ризобиального симбиоза как источника экономически дешевого азота из атмосферы – актуальная задача современной биологии. Селекцию на повышение азотфиксации можно вести на уровне макросимбионта – путем создания генотипов бобовых растений, отличающихся высокой урожайностью, активной нодуляцией и азотфиксацией. С применением метода экспериментального мутагенеза под руководством проф. д.б.н. К.К. Сидоровой индуцированы симбиотические мутанты гороха по генам супернодуляции и гипернодуляции (рис. 2.). Суперклубеньковый мутант к301, индуцированный из сорта Рамонский 77 и аллельный гену nod4, характеризуется обильной нодуляцией: клубеньки мелкие, формируются по всему корню в течение всей вегетации, активность азотфиксации высокая, стебель фасциированный. Суперклубеньковый мутант к12, аллельный гену nod3, индуцированный из сорта Рондо, также имеет обильную нодуляцию и высокую азотфиксацию, стебель компактный. Из сорта Рондо индуцирован мутант к74, несущий доминантный аллель гена Nod5, характеризующийя гипернодуляцией – клубеньки крупные, расположены в основном в верхней части корня, активность азотфиксации высокая, продуктивность семян превышает таковую у исходного сорта. Доминантный ген Nod5 впервые был обнаружен нами у стародавнего сорта гороха Торсдаг.
С использованием индуцированного из сорта гороха Рамонский 77 суперклубенькового мутанта к301 (nod4) и сорта Торсдаг, маркированного геном Nod5, разработан метод рекуррентной селекции на повышение азотфиксации при хорошей урожайности. Метод основан на объединении в одном генотипе разных аллелей разных генов. Метод подтвержден в опытах с симбиотическими мутантами из сорта Рондо (табл. 1) и кормовыми сортами гороха Дружная и Новосибирская 1. Таблица 1. Симбиотические признаки и продуктивность у суперклубенькового и гиперклубенькового мутантов гороха. У местных эндемичных форм из Египта, Сирии, Палестины, Афганистана были изучены симбиотические признаки, а также проведены скрещивания с рекуррентной линией, маркированной геном супернодуляции (nod4). Лучшие результаты по оценке рекуррентных линий получены в опыте с эндемичной формой из Египта.
5. Задачи, планируемые на перспективу
Булгакова Вера Сергеевна [старший научный сотрудник] Власова Елена Юрьевна [инженер 1 категории] Гляненко Маргарита Николаевна [ведущий инженер] Коржавина Татьяна Викторовна [старший лаборант] Черная Галина Дмитриевна [старший лаборант] Бывшие сотрудникиАлександрова Инна АлександровнаБелышева Нина Васильевна Иванова Диана Евгеньевна Кривопалов Денис Викторович Майстренко Галина Григорьевна Мглинец Анатолий Васильевич Мищенко Татьяна Михайловна Ромкина Людмила Петровна Сидорова Клавдия Кузьминична Соловьев Владимир Игоревич Выберите слайдером нужный промежуток, и список ниже будет содержать записи только нужного периода: 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 |
||||||
© 2010-2024 ИЦиГ СО РАН. Все права защищены. |