Примечание: *, **, *** - значение коэффициента корреляции достоверно при уровнях значимости р< 0,05, р< 0,01, р< 0,001 соответственно, «-» - значение коэффициента не достоверно.
Как видно из табл. 8, наиболее сильные взаимосвязи были обнаружены для пероксидазы и супероксиддисмутазы, что может свидетельствовать о важной роли этих энзимов в регуляции процессов развития растений. Это предположение находит согласие с результатами, полученными на других растительных объектах [17; 18; 38].
Выявление казуальных генов является одной из важных проблем современной генетики [5]. Это важно как для маркировки искомого гена, так и для выяснения механизма его функционирования. Возможно, что какой-то из исследуемых изозимов является продуктом гена, казуального локусу Е7 или другому локусу, ответственному за фотопериодическую чувствительность.
Заключение
Несмотря на то, что соя является строгим самоопылителем с крайне низкой частотой формирования гибридных потомков, исследуемые образцы характеризовались высокой генетической гетерогенностью по локусам НАДФ^Н-окси- дазы, пероксидазы и супероксиддисмутазы. Статистика Райта и Gst-статистика показали, что генетическая гетерогенность связана как с индивидуальной, так и с внутри- и межгрупповой изменчивостью. Вклад разных видов изменчивости в общую генетическую дифференциацию был примерно равнозначным. Линия М29 оказалась более гетерогенной с существенным вкладом в общую дифференциацию индивидуальной изменчивости. Межгрупповая изменчивость проявлялась в виде неодинаковой встречаемости разных аллелей энзимных локусов и разной частотой альтернативных генотипов. При существенной генетической гетерогенности средняя гетерозиготность по исследуемым локусам для всей совокупности образцов была незначительной и составляла 7 %.
Анализ генетической дистанции между исследуемыми группами сои показал высокую степень их родства. Различия между ними находились в пределах внутривидовых. По показателю родства Нея линия М32 более отдаленна от родительской формы, чем сестринская линия М29.
Выявлены статистически достоверные взаимосвязи восьми из 19 исследуемых энзимных локусов с некоторыми морфофизиологическими показателями образцов и аллельным составом гена Е7 При этом, наиболее сильные корреляции обнаружены для локусов супероксиддисмутазы и пероксидазы. На этом основании можно предположить, что эти энзимы играют важную роль в регуляции индивидуального развития растений сои.
Список использованной литературы
1. Айала Ф. Введение в популяционную и эволюционную генетику / Ф. Айала. - М.: Мир, 1984. - 232 с.
2. Айала Ф. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер, пер. с англ. А. Д. Базыкина. - М.: Мир, 1987. - 337 с. (Т 3).
3. Алтухов Ю. П. Генетические процессы в популяциях / Ю. П. Алтухов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 431 с.
4. Бабич А. О. Вплив хімічних мутагенів на мінливість ознак рослин сої / А. О. Бабич, С. В. Иванюк, М. В. Вильгота, П. Г Дульнєв // Корми і кормовиробництво. - 2011. - Вип. 69. - С. 55-59.
5. Вишнякова М. А. Требования к исходному материалу для селекции сои в контексте современных биотехнологий / М. А. Вишнякова, И. В. Сеферова, М. Г. Самсонова // Сельскохозяйственная биология. - 2017. - Т 52, № 5. - С. 905-916.
6. Дзюбенко Н. И. Коллекция сои ВИР в начале ХХІ-го века: состав и потенциал селекционного использования / Н. И. Дзюбенко, И. В. Сеферова // Корми і кормовиробництво. - 2011. Вип. 69. - С. 20-25.
7. Ершова А. Н. Роль ферментов СОД и липоксигеназы в процессах накопления АФК в клетках растений в условиях кратковременной гипоксии и СО2- среды / А. Н. Ершова, О. С. Бердникова // Вестник ВГУ, Серия Химия, Биология, Фармация. -2013. - № 1. - С. 132-136.
8. Жарікова Д. О. Характеристика мутантних ліній сої за локусами Satt100 та Satt319, зчеплених з геном E7 / Д. О. Жарікова, Г О. Чеботар, М. В. Вільгота и др. // Фактори експериментальної еволюції організмів. - 2018. - Том 23. - С. 52-56.
9. Микус В. Е. Создание исходного материала для селекции сортов сои с повышенной адаптивной способностью / В. Е. Микус // Корми і кормовиробництво. - 2011. - Вип. 69. - С. 85-90.
10. Петриченко В. Ф. Наукові основи сталого соєсіяння в Україні / В. Ф. Петриченко // Корми і кормовиробництво. - 2011. - вип. 69. - С. 3-10.
11. 11. Синеговская В. Т. Итоги координации научно-исследовательских работ по сое зоны Дальнего Востока и Сибири / В. Т. Синеговская, Е. Т. Наумченко // Корми і кормовиробництво. - 2011. - Вип. 69. - С. 32-36.
12. Сичкарь В. И. Методы создания сортов сои с улучшенным биохимическим составом семян / В. И. Сичкарь // Корми і кормовиробництво. - 2011. - Вип. 69. - С. 37-44.
13. Січкар В. І. Особливості створення вихідного матеріалу сої за умов південного степу України / В. І. Січкар, Г. Д. Лаврова, О. І. Ганжело // Селекція і насінництво. - 2016. - Вип. 110. С. 123-131.
14. Ткачук В. А. Пероксид водорода как новый вторичный посредник / В. А. Ткачук, П. А. Тюрин-Кузьмин, В. В. Белоусов, А. В. Воротников // Биологические мембраны. - 2012. - Т. 29, № 1-2. - С. 21-37.
15. Толмачева А. В. Влияние агрометеорологических условий на произрастание культуры сои / А. В. Толмачева // Вісник Одеського державного екологічного університету. - 2013. вип. 15. - С. 89-94.
16. Физиолого-биохимические и генетические исследования ихтиофауны Азово-Черноморского бассейна / Методическое руководство. - Ростов-на-Дону: Эверест. - 2005. - 105 с.
17. Baek K.-H. Alteration of antioxidant enzyme gene expression during cold acclimation of near isogenic wheat lines / K.-H. Baek, D. Z. Skinner // Plant Sci. - 2003. - 165, No 6. - P. 1221-1227.
18. Baek K.-H. Differential expression of manganese superoxide dismutase sequence variants in near isogenic lines of wheat during cold acclimation / K.-H. Baek, D. Z. Skinner // Plant Cell Rep. - 2006. - 25, No 2. - P. 223-230.
19. Boss P. K. Multiple Pathways in the Decision to Flower: Enabling, Promoting, and Resetting / P.K. Boss, R. M. Bastow, J. S. Mylne, C. Dean // The Plant Cell. - 2004. - Vol. 16. - P. 18-31.
20. Considine M. J. Redox regulation of plant development / M. J. Considine, C. H. Foyer // Antioxidants and redox signaling. - 2014. - Vol. 21, N 9, - Р 1305-1326.
21. Davis B. I. Disc elektrophoresis. 2. Method and application to human serum proteins / B. I. Davis // Ann. N.Y Acad. Sci. - 1964. - V. 121, N 2. - P. 404-427.
22. De Vicente M. C. Genetic diversity analysis with molecular marker data: learning module, / M. C. De Vicente, C. Lopez, T. Fulton. - International Plant Genetic Resources Institute (Ipgri), Rome, 2004. - 126 р.
23. Deng W. Direct links between the vernalization response and other key traits of cereal crops / W. Deng, M. C. Casao, P. Wang // Nature communications. - 2015. - P. 1-8.
24. Filek M. Changes of Redox Activity during the Development of Rape / M. Filek, M. Mirek, M. Dlugolecka // Verlag der Zeitschrift fьr Naturforschung, Tьbingen. - 2006. - P. 548-552.
25. Hatano-Iwasaki A. Redox metabolism in response to environmental stimuli for flowering / A. Hatano-Iwasaki, K. Ogawa // Functional plant science and biotechnology. - 2007. - Vol. 1, No 2. - P. 246-253.
26. Ishibashi Y NADPH Oxidases Act as Key Enzyme on Germination and Seedling Growth in Barley (Hordeum vulgare L.) / Y Ishibashi, T.Tawaratsumida, S.-H. Zheng et al. / Plant Prod. Sci. 2010. - Vol. 13, No 1. - P 45--52.
27. Janmohammadi M. Proteomic analysis of cold acclimation in winter wheat under field conditions / M. Janmohammadi, H.-P. Mock, A. Matros // Icel. Agric. Sci. - 2014. - No 27. - P. 3-15.
28. Jimйnez-Quesada M. J. NADPH Oxidase-Dependent Superoxide Production in Plant Reproductive Tissues / M. J. Jimйnez-Quesada, J. A. Traverso, J. Dios Alchй1 de // Frontiers in Plant Science. - 2016. - Vol. 7. - Article 359 doi: 10.3389/fpls.2016.00359.
29. Kim D.-H. Genetic and Epigenetic Mechanisms Underlying Vernalization / D.-H. Kim, S. Sung // The Arabidopsis Book. - 2014. - P. 1-15.
30. Li Ch.Ch. First course in population genetics / Ch. Ch. Li. - Pacific Grove, California, 1976. - 631 p.
31. Manchenko G. P. Handbook of detection of enzymes on electrophoretic gels / G. P. Manchenko. CRC Press LLC, 2003. - 592 p.
32. Nei M. Genetic distance between populations / M. Nei // Amer. Naturalist. - 1972. - V 106, N 949. - P. 283-292.
33. Penfield S. Temperature perception and signal transduction in plants / S. Penfield // New Phytologist. - 2008. - No 179. - P. 615-628.
34. Qu Y Functional regulation of plant NADPH oxidase and its role in signaling / Y Qu, M. Yan, Q.Zhang // Plant signaling and behavior. - 2017. - Vol. 12, No. 8. - P. 1-3.
35. Slatkin M. Gene flow in natural populations / M. Slatkin // Ann. Rev. Ecol. Syst. - 1985. - V. 16. P. 393-430.
36. Sung S. Remembering Winter: Toward a Molecular Understanding of Vernalization / S. Sung, R.M. Amasino // Annu. Rev. Plant Biol. - 2005. - No 56. - P. 491-508.
37. Tasma I. M. Mapping flowering time gene homologs in soybean and their association with maturity (E) loci / I. M. Tasma, R. C. Shoemaker // Crop Sci. - 2003. - Vol. 43. - P 319-328.
38. Toptikov V A. Expression of antioxidant oxidoreductases and protein profile of seedling tissues of winter and spring forms of cereals under extreme temperature fluctuations / V. A. Toptikov, L. F. Diachenko, V. M. Totsky // Cytology and Genetics. - 2012. - Vol. 46, I. 3. - P. 161-171.
39. Wright S. Evolution and the Genetics of Populations. Variability within and among natural populations. / S. Wright - Chicago: The University of Chicago Press, 1978. - V. 4. - P. 242-322.
40. Wright S. The genetical structure of populations / S. Wright // Ann. Eugen. - 1951. - V 15. - P. 323-354.
41. Xia X.-J. Interplay between reactive oxygen species and hormones in the control of plant development and stress tolerance / X.-J. Xia, Y-H. Zhou, K. Shi, et al. // J. Exp. Bot. - 2015. - Vol. 66, No. 10. - P. 2839-2856.
42. Zharikova D. Polymorphism of soybean cultivars and breeding lines revealed by marker Satt100 associated with E7 locus / D. Zharikova, S. Ivanyuk, G. Chebotar et al. // Breading Grasses and Protein Crops in the Era of Genomics: Book of Abstracts of the Joint meeting of EUCURPIA Fodder Crops and Amenity Grasses Section and Protein Crops Working Group of Oil and Protein Crops Section. Vilnius, 11-14 sept. 2017- Vilnius, Lithuania, 2017. - P. 60.
Топтіков В. А.1, Жарікова Д. А.1, Чеботар Г. А.1, Темченко І. В.2,
Чеботар С. В.1,3
Юдеський національний університет імені І. І. Мечникова, кафедра генетики та молекулярної біології, вул. Дворянська, 2, Одеса, 65082, Україна;
2Інститут кормів та сільського господарства Поділля НААН України, проспект Юності, 16, Вінниця, 21100; Україна
3Селекційно-генетичний інститут - Національний центр насіннєзнавства та сортовивчення НААН України, Овідіопольська дор., 3, Одеса, 65036, Україна
ГЕНЕТИКО-БІОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ МУТАНТНИХ ЛІНІЙ СОІ
Резюме
Метою даної роботи було вивчення генетико-біохімічних особливостей ліній сої, отриманих після обробки насіння хімічними мутагенами. Для виконання цієї мети ставилися наступні завдання: 1) визначити популяційно-генетичні показники зразків сої; 2) встановити генетичні дистанції між лініями і батьківським матеріалом; 3) виявити можливі корелятивні відносини між локусами досліджуваних ензимів і іншими генетичними системами, а також морфо-фізіо- логічними параметрами.
Матеріал. Лінії, отримані шляхом хімічного мутагенезу сорту Феміда. Сорти сої Феміда і Корада.
Методи. Електрофорез. Аллозимний аналіз. Як білкові маркери використовували ензими обміну активних форм кисню: НАДФ^Н-оксидазу, пероксидазу і супероксиддисмутазу. Методи популяційної генетики. Кореляційний аналіз. Методи описової статистики. Комп'ютерне опрацювання даних.
Результати. За досліджуваними локусами зразки сої показали значний поліморфізм, який склав 79 %. За використаних ген-ензимних систем встановлена значна генетична гетерогенність зразків сої. Статистика Райта і Gst-статистика показали, що генетична гетерогенність пов'язана як з індивідуальною, так і з внутрішньо- і міжгруповою мінливістю. Внесок різних видів мінливості у загальну генетичну диференціацію був приблизно рівнозначним. Міжгрупова мінливість виявлялася у вигляді неоднакової зустрічальності різних алелей ензимних локусів і різної частоти альтернативних генотипів. Крім кількісної зміни частот генотипів, спостерігались інші форми трансформації генотипового складу. Так, у мутантних ліній в порівнянні з батьківською формою підвищувалася частка гетерозиготних генотипів по локусах №ОХ-3, -4, -5, а також SOD-3. У локусах РОХ-3 і РОХ-6, навпаки, частота гетерозигот знижувалася. У локусі РОХ-6 у мутантних форм порівняно з вихідним сортом спостерігалася інверсія частот гомозигот по альтернативних алелях. Описані зміни генотипового складу спостерігались і за порівняння досліджуваних сортів - Феміди і Коради. В цілому, сорти Феміда і Корада були несхожі між собою за 10 з 15 поліморфних локусів (67 %). Лінія М32 відрізнялася від сорту Феміда за 5 локусами (33 %), лінія М29 - за 9 (60 %). Лінія М29 виявилась більш диференційованою з істотним внеском у загальну гетерогенність індивідуальної мінливості. При значній генетичної гетерогенності середня гетерозиготність за досліджуваними локусами для всієї сукупності зразків була незначною і становила 7 %.
Показано, що генетичні дистанції між різними групами сої, незважаючи на високий рівень гетерогенності, знаходяться в рамках внутрішньовидових меж. На підставі показника Нея лінія М32 була більш віддалена від батьківської форми, ніж сестринська мутантна лінія.
Виявлено достовірні кореляційні відносини між деякими локусами ізозимів та деякими господарсько-цінними ознаками сої, а також геном фоточутливо сті Е7. Найбільш сильні взаємозв'язки були виявлені для пероксидази і супероксид- дисмутази, що може свідчити про важливу роль цих ензимів у регуляції процесів розвитку рослин.
Ключові слова: Glycine max (L.), аллозіми, генетична структура, генетична дистанція, кореляція, ген Е7, фотоперіодична чутливість.
V. A. Toptikov1, D. A. Zharikova1, H. A. Chebotar1, I. V. Temchenko2,
S. V. Chebotar1,3
'Odesa Mechnykov National University, department of genetics and molecular biology, Dvorianska str., Odesa, 65082, Ukraine;
institute of forage and agriculture of Podillia NAAS of Ukraine,
16, Yunost ave., Vinnytsia, 21100, Ukraine
3Plant Breeding and Genetics Institute - National Center of Seed and Cultivar Investigation NAAS of Ukraine, 3, Ovidiopol Road, Odesa, 65036, Ukraine
GENETIC AND BIOCHEMICAL PECULIARITIES OF SOYA MUTANT LINES
Abstract
The aim of the work was to study genetic and biochemical peculiarities of soya lines, obtained after treatment of seeds with chemical mutagens. In order to realise the stated aim the following tasks were set: 1) to determine population-genetic indices of soya samples, 2) to establish genetic distances between lines and parental material, 3) to determine potential correlative relationship between loci of the enzymes studied and other genetic systems, as well as morphological and physiological parameters. Material. The lines, obtained by chemical mutagenesis of Femida variety. Soya varieties Femida and Korada.
Methods. Electrophoresis. Allozyme analysis. Enzymes of exchange of active oxygen forms: NADP N-oxydase, peroxydase and superoxyzedismutase were used as protein markers. Methods of population genetics. Correlation analysis. Methods of descriptive statistics. Computer data processing.
Results. With respect to the loci studied the soya samples demonstrated considerable polymorphism, constituting 79 %. Considerable genetic heterogeneity of the soya samples was determined as to gene-enzyme systems. Wright and Gst-statistics showed that genetic heterogeneity is connected both with individual and with internal- and inter-group variability. Contribution of various types of variability into general differentiation was approximately equal. Inter-grout variability was manifested in form on different occurrence of different alleles of enzyme loci and different frequency of alternative genotypes. In addition to quantitative change of genotype frequency, other forms of genotype composition transformation were observed. So, fraction of heterozygous genotypes by loci NPOX-3, -4, -5, as well as SOD-3 increased in mutant lines in comparison with parental form. On the contrary, frequency of heterozygotes decreased in loci POX-3 and POX-6. Inversion of frequencies of homozygotes by alternative alleles was observed in locus POX-6 in mutant forms in comparison with output variety. The described changes of genotypic composition also observed in comparison of the studied varieties - Femida and Korada. On the whole, varieties Femida and Korada were different from each other by 10 of 15 polymorphic loci (67 %). Line M29 turned out to be more differentiated with considerable contribution to the general heterogeneity of individual variability. With considerable genetic heterogeneity the average heterozygosity by the studied loci was inconsiderable for the entire totality of samples and constituted 7 %.
It was shown that genetic distances between different groups of soya are within intraspecific limits in spite of high level of heterogeneity. Basing on Neya index line M323 was more remote from parental form than sisterly mutant line.