Перспективы использования зеиновых маркеров в селекции линий и сортов восковидного подвида кукурузы

Актуальность. Среди большого количества образцов кукурузы из коллекции ВИР имени Н. И. Вавилова, особое внимание привлекают линии и сорта восковидного подвида кукурузы, поскольку их отличительной особенностью считается содержание высококачественного крахмала в зерне, состоящего из 100% амилопектина. В амилопектиновом крахмале особенно заинтересованы медицинская, крахмалопаточная и кондитерская отрасли промышленности. Одним из наиболее важных применений амилопектинового крахмала в медицине является его использование в составе заменителя плазмы крови «Волекам». Зерно других подвидов кукурузы содержит помимо амилопектина амилозный крахмал, и получение из него амилопектина трудоемко. Поэтому создание и изучение отечественных линий и сортов восковидной кукурузы очень важно, но в настоящее время недостаточно развито.

Материалы и методы. Объектом исследования послужили стародавние местные сорта и селекционные линии восковидной кукурузы, состоящие из 100% амилопектинового крахмала, контролируемого геном waxy (wxl). Образцы были впервые изучены методом электрофореза зеина -запасного белка кукурузы. Электрофорез проводили в вертикальных пластинах 10%-ного полиакриламидного геля, содержащего 8 М мочевину. В раствор для экстракции зеина входила 6 М мочевина и 0,01 М дитиотрейтол.

Результаты и обсуждение. Зеиновые маркеры эффективны в анализе селекционного материала, контроля генетической однородности и установления генетической целостности (подлинности) самоопыленных линий, сортов и гибридов в ходе семеноводства и промышленного производства. Задачи исследований заключались в проведении скрининга местных сортов и самоопыленных линий восковидной кукурузы по электрофоретическим спектрам зеина (белковым маркерам) с целью их идентификации и паспортизации; определении биотипного состава стародавних местных сортов восковидного подвида, их полиморфизма и степени родства; демонстрации возможности сопровождения зеиновыми маркерами процесса создания новых инбредных линий восковидной кукурузы путем насыщения (беккросса - BC) исходной зубовидной линии геном wx1.

Заключение. По электрофоретическим спектрам зеина установлена уникальность каждого образца восковидного подвида кукурузы. Все изученные новые линии этого подвида имеют два общих характерных признака - снижение интенсивности большинства компонентов спектра зеина, и присутствие интенсивного компонента 47, которого нет в спектрах исходных линий зубовидной кукурузы. Компонент 47 может служить белковым маркером для идентификации линий восковидной кукурузы. У всех местных сортов этого подвида выявлено несколько биотипов (от двух до пяти). Несмотря на внутрисортовой полиморфизм, каждый сорт имеет специфичные типы спектра, по которым его можно идентифицировать.

1. Кулешов Н. Н. Некоторые особенности кукурузы Азии // Тр. по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1928. Т. X1X, вып. 2. С. 325-374.

2. Collins G. N. A new type of Indian corn from China // U.S. Dept. Agr. of pl. ind. bull., no. 161, Washington, 1909, pp. 1-30.

3. Вавилов Н. И. Происхождение и география культурных растений. Л. : «Наука», Ленинградское отделение, 1987. 440 с.

4. Шмараев Г. Е., Подольская А. П. Генетика кукурузы // Генетика культурных растений: кукуруза, рис, просо. Л., 1988. С. 6-123.

5. Югенхеймер Р. У. Кукуруза: улучшение сортов, производство семян, использование. М. : «Колос». 1979. С. 187-188.

6. Abegg F. A. Effects of waxy and sugary genes on reserves with special reference to modification of the waxy ratio maize. USA // Genetics, 1929, vol. 14, pp. 270-285.

7. Белоцерковская В. Кукуруза для искусственной крови // Наука и жизнь. 2010. № 1. C. 30-31.

8. Матвеева Г. В. Перспективы использования зерна восковидной кукурузы. СПб. : 1V Международный конгресс ЗЕРНО и ХЛЕБ РОССИИ. 11-13 ноября 2008. СПб.: FarEXPO, 2008. С. 54-55.

9. Vakula S. I., Orlovskaya O. A., Khotyleva L. V., Kilchevsky A. V. SSR-локусы, потенциально ассоциированные с высоким содержанием амилопектина в эндосперме зерна кукурузы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018; 22 (6): 640-647.

10. Конарев В. Г., Сидорова В. В., Тимофеева Г. И. Электрофорез зеина как метод идентификации, регистрации и анализа сортов, линий и гибридов кукурузы // С.-х. биология. 1990. № 3. C. 16-17.

11. Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Тимофеева Г. И. Идентификация, анализ и регистрация сортов, линий и гибридов кукурузы электрофорезом и изоэлектрофокусированием зеина / Идентификация сортов и регистрация генофонда культурных растений по белкам семян / под ред. В. Г. Конарева // СПб. : рАСХН. ВИР, 2000. Гл. 2. С. 73-89.

12. СидороваВ. В., Матвеева Г. В., Тимофеева Г. И. Анализ и регистрация линий, сортов и гибридов кукурузы по зеину методом электрофореза: Методические указания и каталог белковых формул / под ред. В. Г. Конарева СПб. : РАСХН. ВИР, 1998. 50 с.

13. Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Конарев А. В., Керв Ю. А., Кудрявцев А. М., Упелниек В. П., Янковский Н. К. Зеиновые маркеры в анализе генофонда кукурузы и повышении эффективности селекционно-генетических программ // Аграрная Россия. 2012. № 7. С. 5-11.

14. Сидорова В. В., Матвеева Г. В., Керв Ю. А., Конарев А. В. Возможности использования зеиновых маркеров в повышении эффективности гетерозисной селекции кукурузы // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012. Т. 170. С. 147-157.

15. Матвеева Г. В., Сидорова В. В., Керв Ю. А., Конарев А. В. Идентификация стародавних местных сортов и селекционных линий восковидной кукурузы по спектрам зеина. Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29, № 7. С. 27-30.