CC BY
73
Белковое маркирование абрикоса. Сообщение 1. мировой селекции
В.И. Авдеев, д.с.-х.н., профессор, Оренбургский ГАУ; ЕЛ. Гчусенкова, к.б.н., Оренбургская опытная станция садоводства и виноградарства
В настоящее время в биологии (генетика, селекция, биохимия и др.) перспективны так называемые маркеры (сигнали), с помощью которых можно отслеживать происходящие в живых организмах обменные процессы и процессы синтеза различных веществ.
В мировой селекционной практике широко используется метод молекулярного маркирования (идентификации, паспортизации) генетичес-
видов и культиваров Важнейшие сортотипы
ких ресурсов растений - видов и внутривидовых таксонов, культиваров (сортов, форм). Наиболее распространен метод белкового (полипептидно-го) маркирования, основанный на выделении в специальных буферных средах и гель-электро-форетическом анализе полипептидов запасных белков семян и рекомендованный Международной ассоциацией по семенному контролю ОБТА). Достоинство этого метода заключается, прежде всего, в том, что получаемые полипептидные спектры обладают экологической стабильностью, т.е. экспрессия кодирующих запасные белки семян генных кластеров (так называемых су перге-
нов) одновариантна в любых условиях выращивания растения. Важно и то, что в полипептид-ном спектре семян (семядолей зародыша) двудольных растений, полученных от свободного опыления, проявляются только материнские компоненты[З, 4, У].
Как отмечалось, культура абрикоса насчитывает около 4 тыс. лет, и за это время созданы многие высококачественные сорта и формы, выращиваемые преимущественно на юге Евразии, в Северной Америке, Австралии, Африке. За последние десятилетия культура абрикоса значительно переместилась на север, в частности, в районы России с умеренно холодным климатом, где ведется интенсивная селекционная ра-бота[2].
В задачу данного исследования входило проведение полипептидного электрофоретического анализа сортов и форм абрикоса, отселектиро-ванных преимущественно на основе Абрикоса обыкновенного Armeniaca vulgaris Lam. Названия сортов и форм приведены в табл. 1-2, они вошли в разработанную нами по морфобиологическим признакам новую классификацию мирового сортимента абрикоса, изученного во ВНИИР им. Н.И. Вавилова[1, 2].
Из представителей Среднеазиатской группы, содержащей 5 подгрупп, проанализированы в следующей последовательности коллекционные сорта автохтонных (местных) сортотипов: Ак Исфарак (2 сорта), Ак Мафтоби (2), Ак Нукул (З), Ак Пайванды (З), Арзами (З), Бабаи (1), Бадами (1), Гулюнги (З), Гулюнги Курсадык (2), Гулюнги Лючак (1), Гулюнги Рухи Джуванон (1), Исфарак (1), Исфарак Саблевидный (1), Кандак
(1), Кеч Пшар (2), Кзыл Нукул (1), Кзыл Урюк
(2), Кузги Хорезмли (2), Лючак Золотистый (1), Лючак Ранний (З), Мафтоби (З), Мирсанджали (1), Пайванды Бухарский (З), Сабих Эрик (1), Супхани (1), Таджибаи (1), Тахиаташ (1), Хур-маи (2). Из Переднеазиатской группы, Иранокавказской подгруппы, изучены по 1 сорту автохтонные сортотипы Геогджанабад, Кайси, Машхад, Мектеп, Табарзи, Шалах, Шираз, а также аллохтонные (инорайонные) сортотипы Ак Нукул (сорт Агджанабад), Амброзио (Демаванд) и Венгерская Кайсия (Шамс); Копетдагской подгруппы - по 1 форме автохтонных сортотипов Бендесен, Бирлишик, Кара Байдак, Кара Ковак, Копетдаг, Пурнуар, Умарат. В Европейской группе и подгруппе изучены автохтонные сортотипы Амброзио (1), Венгерская Кайсия (З), Диссинга-ле (1), Кутлак (1), Луизе (1), Мурпарк (2) и ал-лохтонный сортотип Да-цзе-син (1), из Североамериканской подгруппы - сортотип Тильтон (1). Восточноазиатская (китайская) группа представлена по 1 сорту сортотипами Да-цзе-син, Ин-бэй-син, Цао-син, Чжан-гун-юань-син (см. табл. 1-2).
Исследования выполняли путем общепринятого посеменного анализа по рекомендованной ISTA методике, ранее уточненной и апробированной для представителей подсем. Сливовых Prunoideae Focke\5]. Навеска семени каждого сорта и формы составляла 4 мг, в гелевый карман вносили по 7 мкл белкового раствора, длительность электрофореза - 3 ч. Установлено, что четкие спектры электрофореграммы можно получить, исследуя свежие семена не старше 5-7 лет. У более старых семян не проявляется на элект-рофореграмме нижняя низкомолекулярная зона основных полипептидов. При регистрации спектров (1-слабой, 2 - сильной интенсивности) учитывали только компоненты в позициях от 14 до 50 (молекулярная масса 70-30 кДа), поскольку остальные компоненты могут слабо проявляться. Не приводятся также для всех культиваров видоспецифичные компоненты основных полипептидов в стабильных позициях 81, 83 и 85\1], являющиеся видовым радикалом\4].
Анализ спектров основных сортотипов абрикоса Среднеазиатской группы показывает, что все изученные сорта легко идентифицируются в зонах кислых 12S-глобулинов и 7S-глобули-нов, т.е. для них совершенно реальна их молекулярная паспортизация. В значительной степени данные по белковым маркерам совпадают с упомянутой выше классификацией сортов. В частности, обосновано выделение сортотипа Ак Исфарак\1, 2] из известного сортотипа Ис-фарак\7]; последний представлен сортами только с белой окраской лепестков цветка. Точно так же подтверждается правильность разделения сортотипа Гулюнги Курсадык и сорта Курсадык. Из сортотипа Арзами, в происхождении которого, как считают\7], участвовал какой-то китайский сорт, близкий к A. mandshurica, наиболее выделяется сорт Арзами 125, тогда как остальные сорта (Арзами Катта и Ахрори) более близки между собой по зоне кислых полипептидов. Такую же близость проявляют сорта Исфарак, Конча (сортотип Гулюнги Курсадык) и Бабаи Раджаби 26 (сортотип Бабаи), но у них существенные различия в зоне 7S-полипептидов. Интересно, что резко выделяется не только по морфологическим признакам эндокарпа (косточки), но и полипептидам древний сухофруктовый и высокачественный сорт Супхани. Этот сорт упоминается еще в письменном памятнике Средневековья - книге «Бабур-Намэ». Сходство же по некоторым другим компонентам полипептидов многих среднеазиатских сортов абрикоса объясняется, во-первых, общностью происхождения от единой популяции A. vulgaris, во-вторых, их гибридным происхождением за счет длительной селекции и интродукции, которые проводились на территории Средней Азии. На этом фоне возможность быстрой идентификации сор-
6З
1. Полипептидный состав семян сортов абрикоса Среднеазиатской группы
Культивар л у б о л -г ся 12
49 48 47 46
Ак Исфарак 5 2 1 1
Дугона-дугона 2
Ак Мафтоби 2
Тоши 2
Ак Нукул 1
Амударьинский 67 1
Сафедак 85 2
Ак Пайванды 2
Нукул Цитронный 2
Лимонный Круглый 1 2
Арзами 125 1 1 1
Арзами Ката 1
Ахрори 1
Бабаи Раджаби 26 1 2
Бадами 2
Гулюнги 1 1
Гулюнги Ката 2
Гулюнги 52 2
Гулюнги Курсадык 1 2
Конча 1 2
Лючак 2
Гулюнги Урожайный 1 2
Исфарак 1 2
Кандак 27 2
Кзыл Кандак 2
Кеч Пшар Ферганский 2
Очень Ранний 2
Кзыл Куш 2
Кзыл Урюк 1
Сурхак 2
Кзыл Палван 2
Золотистый 26 2
Рухи Джуванон Барвахты 1 2
Лючак Ранний 2
Ак Лючак Джаупазак 2
Ак Шакар 2
Ак Урюк Синдзянский 2 2
Лючак Фазилова 1 2
Мирсанджали Шредера 2
Пайванды Бухарский 2 2
Гиждуванский 1
Рухи Джуванон 2 1
Байхатунский
Сабих Эрик 1 2
Супхани 1 1 2
Таджибаи 1 2
Тахиаташ 1 2
Хурмаи 49 2
Курсадык 1 2
Позиции компонентов по 100-разрядной шкале
128-глобулины, кислые полипептиды, до 45 кДа
49 48 47 46 45 42 41 40 39 38 36 35 34 33 32 31 30
29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 14
78-глобулины, до 70 кДа
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
тов по морфобиологическим и белковым признакам особенно ценна.
Особую ценность (и гордость) среднеазиатской селекции абрикоса составляют голоплодные сор-та-лючаки, возникшие изначально на территории Зеравшанской долины. Анализ их типичных сор-тотипов (Гулюнги Лючак, Лючак Золотистый, Лючак Ранний) не выявляет специфических по-липептидных компонентов, т.е. рецессивный признак голоплодности (отсутствие опушения кожицы у плода), на первый взгляд, не кодируется су-
пергенами запасных белков семян. Но можно отметить, что у лючаков всегда есть компонент в позиции 49, хотя он встречается у целого ряда сортов с опушенной кожицей плода (см. табл. 1). Возможно, что этот рецессивный признак генетически присутствует у многих сортов абрикоса из Средней Азии и других районов. Ведь установлено, что отдельные гены в составе супергенов способны к рекомбинациям[4]. По нашим данным, лючаки наиболее устойчивы к такому опасному заболеванию, как монилиальный ожог[2].
Абрикосы Ирано-кавказской подгруппы - самые ценные в мире сорта универсального назна-чения[1, 2]. У них среди полипептидов нет компонента 49, как и нет сортов-лючаков. У большинства сортов этой подгруппы в зоне кислых полипептидов содержится компонент 47, но эти сорта, как и все другие, хорошо идентифицируются по другим компонентам. Компонент 47 часто встречается и у среднеазиатских сортов, а также у аллохтонных сортов Агджанабад, Демаванд и Шамс. Эти сорта явно гибридные и сближаются соответственно со среднеазиатским сортоти-пом Ак Нукул и европейскими сортотипами Ам-брозио и Венгерская Кайсия четкими признаками косточки, но по признакам околоплодника и вегетативных органов они ближе к иранским сортам (табл. 2).
Примитивные по помологическим признакам формы копетдагских абрикосов также имеют характерный компонент 47, но и у некоторых из них встречается компонент 49 и ряд других, свойственных культиварам других групп сортов. Ко-петдагские примитивные формы[1] различаются между собой, хотя по признакам плода все же
ближе друг к другу [2] и отличаются от ирано-кавказских сортов. Наличие некоторых общих признаков (в том числе компонента 49) у копетдагс-ких абрикосов объясняется гибридизацией их с выращиваемыми в Западном и Центральном Ко-петдаге (Туркменистан) среднеазиатскими сортами, например, Хурмаи[2] (см. табл. 1-2).
Столь же различаются по полипептидам сорта европейских абрикосов, у которых общим является компонент 45. В сортотипе Венгерская Кайсия наиболее близки сорта Венгерская Кайсия и Ке8о1 Danez, нежели сорт Королевский, который по морфологическим признакам ближе к первому сорту. В сортотипе Мурпарк близки сорта Мурпарк, Парижский и выделяется ценный столовый сорт Ойапо, очевидно, гибридного происхождения. Резко выделяется новый сор-тотип[1, 2] Тильтон, произрастающий в США. По признакам косточки он сближается с сортотипом Амброзио, но Н.В. Ковалев[6] относит сорт Тиль-тон к гибридным североамериканским сортам. Большой интерес представляет сладкосемянный европейский сорт De Сошро^ отнесенный нами по признакам косточки к китайскому сортотипу
2. Полипептидный состав семян абрикоса Переднеазиатской, Европейской и Восточноазиатской групп
Культивар
Позиции компонентов по 100-разрядной шкале
128-глобулины, кислые полипептиды 78-глобулины
50 49 48 47 46 45 42 40 39 35 33 32 31 30 29 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 14
2 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 2 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 2 1 1 1 1
1 1 1 2 1 1 1 1 1
1 1 1 2 2 1 1 1 1 1
1 2 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 2 2 2 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1
Геогджанабад
Кайси Из Массандры
Хасание Кале
Мектеп
Табарзи
Шалах
Ширазский Белый
Агджанабад
Демаванд
Шамс
Бендесен
Бирлишик
Кара Байдак
Кара Ковак
Копетдаг
Пурнуар
Умарат
Амброзио
Венгерская Кайсия
Кевоі Бапе2
Королевский
Саїеіі
Кутлак
КЛапё
Мурпарк
Оіїапо
Парижский
Бе Сошрої
Тильтон
Да-цзе-син
Ин-бэй-син
Цао-син
Джан-гун-юань-син
Да-цзе-син. Он оригинален по спектру полипептидов, имеет, видимо, гибридное происхождение и больше сближается с сортотипом Ин-бэй-син (см. табл. 2). Таким образом, методом белкового маркирования удается уточнить морфологическую классификацию сортов.
Изученные китайские сортотипы абрикоса резко различаются по спектрам, в целом, ближе к среднеазиатским сортам. Сорт Да-цзе-син интересен не только наличием компонента 49, но и компонента 44, которого нет у всех предыдущих групп сортов и форм абрикоса (см. табл. 1-2).
Таким образом, проведенное исследование определенно показывает на перспективность по-липептидного маркирования древних и новых
сортов и форм абрикоса различного географического происхождения.
Литература
1. Авдеев.В.И. Плодовые растения Средней Азии, их происхождение, классификация, исходный материал для селекции: Ав-тореф. ... д-ра с.-х. наук. - М., 1997. - 34 с.
2. Авдеев В.И. Важнейшие сортотипы абрикоса мировой селекции. - Оренбург: Изд-во ОГУ, 1999. - 80 с.
3. Авдеев В.И. Генетика растений с основами селекции. - Оренбург: Изд. центр ОГАУ, 2002. - 228 с.
4. Авдеев В.И. Проблемы и перспективы белкового маркирования дикорастущих видов растений // Тр. Ин-та биоресурсов и прикл. экологии. - Оренбург, 2002. - Вып. 2. - С.21-31.
5. Авдеев В.П., Егги Э.Э., Жадько М.Г. Сравнительный анализ белков семян представителей подсемейства Ргипо1с1еае Боске сем. Яовасеае методом электрофореза // Растит, ресурсы. -Т.28. - Вып. 2. - С.81-89.
6. Ковалев Н.В. Абрикос. - М.: Сельхозиздат, 1963. - 288 с.
7. Конарев В.Г. Морфогенез и молекулярно-биологический анализ растений. - СПб.: Изд-во ВИР, 1998. - 376 с.
