МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ЯЧМЕНЯ В ВИРе Н.В. Алпатьева, И.Н. Анисимова отдел генетики ГНУ ВИР Россельхозакадемии. - презентация

1 МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ЯЧМЕНЯ В ВИРе Н.В. Алпатьева, И.Н. Анисимова отдел генетики ГНУ ВИР Россельхозакадемии

2 Молекулярные исследования генетического разнообразия культурных растений в отделе генетики ВИР I.Структурирование генетического разнообразия, сохраняемого в коллекциях ВИР (зерновые, бобовые, масличные) II.Молекулярный скрининг с целью выявления носителей генов, контролирующих хозяйственно ценные признаки (устойчивость к болезням, ЦМС-Rf и др.) III. Анализ изменчивости генов, кодирующих хозяйственно ценные признаки (анализ аллельного полиморфизма на молекулярном уровне, разработка молекулярных маркеров для проведения скрининга)

3 I.Генотипирование и структурирование генетического разнообразия Молекулярные маркеры, используемые для генотипирования и структурирования генетического разнообразия ячменя и овса: RAPD – Random Amplified Polymorphic DNA ISSR – Intersimple Sequence Repeat Polymorphic DNA SSR – Simple Sequence Repeats RAMP – Random Amplified Microsatellite Polymorphism STS – Sequence-Tagged Sites DArT – Diversity Arrays Technology SNP – Single Nucleotide Po;lymorphism EST based markers

4 Электрофореграмма продуктов ПЦР, полученных с помощью праймера ISSR15: М – маркер молекулярного веса; 1-19 – местные образцы ячменя из Дагестана М Hou et al., 2005; Fernandez et al., 2002 и др.

5 Фрагмент базы данных: 0 – отсутствие фрагмента, а 1 – его наличие

6 Генотипирование и структурирование генетического разнообразия перспективного для селекции материала с помощью RAPD и ISSR маркеров Кладограмма степени сходства образцов Дагестанского ячменя Объект исследований - коллекция ВНИИ растениеводства имени Н.И. Вавилова, а также материалы экспедиционных сборов в республике Дагестан (более 250 образцов) Работа поддержана РФФИ ( грант ) Р.А. Абдуллаев, Н.В. Алпатьева, О.Н. Ковалева, Е.Е. Радченко, Б.А. Баташева, не опубликовано Отделы генетики и генетических ресурсов овса, ржи, ячменя ВИР Дагестанская опытная станция ВИР

7 Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант а) МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ СТАРОДАВНИХ ЯЧМЕНЕЙ АЛТАЙСКОГО КРАЯ Н. В. Алпатьева, М. А. Жук, О. Н. Ковалева, И. Г. Чухина, И. Н. Анисимова отделы генетики, агроботаники и in-situ сохранения, генетических ресурсов овса, ржи, ячменя ВИР Гипотезы о путях формирования генофонда алтайских ячменей: 1)Из европейской части с переселенцами 2)Из Средней Азии 3)Из Китая 4)Из ближайших земледельческих районов Восточной Сибири Структурирование молекулярно-генетического разнообразия стародавних сортов из районов предполагаемой миграции культур – эффективный инструмент филогеографического анализа (D. Saisho, M.D. Purugganan Molecular Phylogeography of Domesticated Barley Traces Expansion of Agriculture in the Old World // Genetics, 2007, V. 177, )

8 Изучение стародавних форм ячменя, собранных на территории Русского Алтая, с помощью RAPD и ISSR маркеров Цель работы - выявить пути формирования местного разнообразия культурных ячменей Материал: 54 образца (первая половина XX века): 33 - с территории русского Алтая 8 - из Китая 5 -из Тувы 2 - из Казахстана 6 - из европейской части Группы образцов, выделившиеся по результатам кластерного анализа I - многорядные ячмени, в основном алтайского происхождения; II - двурядные ячмени разного происхождения; III - многорядные китайские ячмени (пленчатые, и голозерные)

9 Электрофореграмма продуктов амплификации с праймером ISSR-15 Результаты исследования выявили генетическую неоднородность ряда стародавних образцов

10 Факторы, оказавшие влияние на пути распространения культуры ячменя (D. Lister et al. 2012): 1)Обеспеченность населения дикорастущими ресурсами 2)Адаптация растений к новым климатическим условиям, прежде всего, длине светового дня (гены PPd, Eam) В селекции ячменя, адаптированного к условиям короткого вегетационного периода, при продвижении культуры в северные широты, широко использовались мутации eam (early maturity ) Eam8 = Praematurum-a.8 (Mat-a.8) ячменя - ортолог гена EARLY FLOWERING3 (ELF3) Arabidopsis thaliana, регулирующего чувствительность к фотопериоду (Faure et al., 2012). Белковый продукт гена ELF3 (695 аа) – циркадный регулятор транскрипции Известно 87 мутантов по гену Eam8 и идентифицировано 20 рецессивных аллелей, отличающихся делециями, инверсиями и заменами нуклеотидов как в смысловой области гена, так и в интронах (Zakhrabekova et al., 2012) Скороспелые нечувствительные к фотопериоду сорта Maja и Maria - индуцированные мутанты, а сорта Kinai 5, Kagoshima Gold и Русский ранний – естественные формы ячменя.

11 МУТАЦИЯ eam8 У ОБРАЗЦА ЯЧМЕНЯ К ИЗ ДАГЕСТАНА Р. А. Абдуллаев, И. А. Звейнек, Н. В. Алпатьева, Е. Е. Радченко отделы генетики и генетических ресурсов овса, ржи, ячменя ВИР Работа поддержана РФФИ ( грант )

12 При 10 часовом фотопериоде, низкой дневной (10°С) и высокой ночной (20°С) температуре ген eam8 (eak) плейотропно влияет на гены, контролирующие желтую окраску проростков ячменя (Yasuda et al., 1965). МУТАЦИЯ eam8 У ОБРАЗЦА ЯЧМЕНЯ К ИЗ ДАГЕСТАНА Фенотипический скрининг

13 M M пн Электрофореграммы фрагмента гена eam8 у образцов: 1, 2 – Mona; 3, 4 – Mari; 5, 6 – Белогорский; 7, 8 – Kinai 5; 9, 10 – Bankuti Korai, 11, 12 – к-14891; 13, 14 – к-16377; 15, 16 – к-17429; М – маркер молекулярного веса. Молекулярный скрининг Материал к-14891, к-16377, к скороспелые староместные образцы, собранные в горных районах Дагестана сорта Mona, Mari, Kinai 5 (генотип eam8eam8) сорт Белогорский (Eam8Eam8) скороспелый сорт Bankuti Korai

14 Нуклеотидные последовательности ампликонов местных дагестанских сортов к-14891, к и к-17429, фрагмента гена Eam8 сорта Bonus (GenBank: JN ) и рецессивной аллели eam8 у индуцированного мутанта mat-a.11 сорта Bonus (Zakhrabekova et al., 2012). Прописными буквами обозначен фрагмент интрона, заглавными – экзона.

15 Предполагаемые аминокислотные последовательности ампликонов образцов к-14891, к и к из коллекции ВИР, фрагмента белка, кодируемого геном Eam8 сорта Bonus (GenBank: AEZ ) и рецессивной аллелью eam8 индуцированного мутанта mat-a.11 (Zakhrabekova et al., 2012).

16 СПАСИБО за внимание!