Молекулярно-генетическое и физическое картирование генов

10
11
Живая
наука
Молекулярно-генетическое и физическое
картирование генов, вовлеченных
в контроль развития соцветия мягкой
пшеницы и близкородственных видов
и/или разветвление колосового стержня. Так, ген bh
детерминирует признак «многоколосковость» у двух
линий мягкой пшеницы (3492 и 1611), полученных независимо в результате химического мутагенеза. Наши
исследования показали, что гены mrs1 и bh данных линий
не аллельны.
Дальнейшие молекулярно-генетические исследования
на материале мягкой пшеницы разного происхождения с
аномалиями в развитии колоска позволят выявить новые
гены и/или аллели генов, вовлеченные в контроль развития колоса на стадии формирования колосков.
a
б
О.Б. Добровольская*
Выявление и изучение генов, вовлеченных в контроль развития колоса мягкой пшеницы
и близкородственных видов и влияющих на морфологию колоса, позволяют расширить
Рис. 1. «Многорядный» колос мягкой пшеницы (а) и
«монстрозный» колос ржи посевной (б).
существующие представления о механизмах генетической регуляции развития соцветия злаков.
Данные исследования представляют практический интерес, поскольку изменения морфологии
колоса могут напрямую или косвенным образом влиять на продуктивность таких важных
зерновых культур, как пшеница, рожь и ячмень.
Целью исследования является выявление, молекулярно-генетическое и физическое картирование генов мягкой пшеницы и ржи посевной, участвующих в контроле развития колоска, уникальной
структуры колоса, характерной только для представителей семейства злаковых.
Материалом исследования послужили мутантные линии мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) и ржи посевной (Secale cereale L.) с измененной формой колоса, которая характеризуется
наличием множества дополнительных колосков в уступе колосового стержня (рис. 1).
Обнаружено, что признаки многорядный колос или MRS (multirow spike) мягкой пшеницы и
«монстрозный колос» ржи характеризуются моногенным рецессивным типом наследования. Ген
mrs1 был картирован в хромосоме 2DS пшеницы с использованием микросателлитных маркеров
и локализован в делеционном бине 2DS-5 (рис. 2, а, б). Ген mo1 картирован в коротком плече хромосомы 2R ржи (рис. 2, в). Локусы генов MRS1 и Mo1 расположены в районах консервативной
синтении хромосом второй гомеологической группы, что наряду со сходством фенотипов мутантов
mrs1 и mo1 может свидетельствовать о том, что MRS1 и Mo1 являются ортологами.
С помощью COS (Conserved Orthologous Set)-SSCP (Single Strand Conformation Polymorphism)
подхода и картирования in silico RFLP маркеров, фланкирующих ген MRS1 на консенсусной карте
хромосомы 2DS в геноме риса Oriza sativa L., который является модельным видом злаков, был
определен район консервативной синтении в длинном плече хромосомы 7 риса. Обнаружено,
что данный район содержит ген FRIZZY PANICLE (FZP), мутация которого вызывает нарушение
перехода от идентичности колосковых меристем к идентичности флоральных меристем. Мутанты
fzp характеризуются сильно разветвленным соцветием и напоминают по фенотипу mrs1 и mo1.
По гомологии с геном FZP риса были изолированы его гомологи из мягкой пшеницы, ржи
посевной, культурного ячменя и диплоидных видов, доноров геномов A, B и D мягкой пшеницы.
Показано, что гомологи FZP ржи, ячменя и видов Aegilops секции Sitopsis (предполагаемых доноров
генома B мягкой пшеницы) локализованы в хромосомах второй гомеологической группы. Гомолог
FZP был физически картирован в делеционном бине 2DS-5 хромосомы 2DS мягкой пшеницы и
локализован на генетической карте 2DS дистально по отношению к микросателлитному локусу
Xgwm30 и проксимально по отношению к локусу Xgwm484. Таким образом, локализация FZP и
MRS1 на генетической и физической картах совпадают, и гомолог FZP пшеницы можно считать
геном-кандидатом гена MRS1. Клонирование гена-кандидата является необходимой предпосылкой
для дальнейшего изучения функций данного гена.
Наряду с генами Mrs1 и Mo1 известны и другие гены пшеницы и близкородственных видов,
мутации которых вызывают появление дополнительных колосков в уступах колосового стержня
ЖИВАЯ НАУКА • МАРТ 2011
2D (I)
2D (II)
2DS
2R
маркер
cM
Xgwmt1099
11.3
Xgwmt721
19.2
cM
маркер
1.8
8.9
Xgwmt888
Xgwmt721
Xgwmt296
cM
Делеционные
линии
Xcfe67
20.4
Xrms50
Xgwmt261
9.5
24.5
Xgwmt4815
Xgwmt453
mrs1
Xgwmt088
Xgwmt4029S
Xgwmt19
Xgwmt448
Xgwmt73
4.8
2.5
1.2
3.4
Xgwm484
Xgwmt4830 Xgwm988
8.8
6.1
2.3
2.6
3.3
0.0
3.0
1.9
7.5
Xgwmt4830
19.5
Xgwmt107
Xgwmt315
Xgwmt168
Xgwmt484
Xgwmt453
mrs1
Xgwmt988
Xgwmt4756 S
Xgwmt73 L
6.4
mo1
Xcfe209
Xrms52
Xscm43 S
Xrms42
Xgwm877 L
Xrms8a
ef
24.8
2DS-1
2DS-3
2DS-4
2DS-5
Xgwn526
Физическая карта
Xgwmt790
Xgwmt1204
Xgwmt790
Xgwmt606
4.8
2DS-5.0 47
2DS-3.0 41
2DS-3.0 36
2DS-1.0 33
2DS-2.6
Xgwmt204
5.0
10.7
1.4
3.3
7.0
11.5
7.0
0.0
15.8
20.1
15.7
2DS-5
13.9
0.0
7.8
маркер
S – короткое плечо, L – длинное плечо; стрелки обозначают
точки разрыва делеций; общие локусы соединены
прерывистыми линиями
Молекулярно-генетическая карта
a
б
в
Рис. 2. Молекулярно-генетическое (а, в) и физическое (б) картирование генов
mrs1 мягкой пшеницы (а, б) и mo1 ржи посевной (в). Результаты получены на
двух картирующих F2 популяциях мягкой пшеницы, I и II, и картирующей F2
популяции ржи.
И Н С Т И Т У Т
Ц И Т О Л О Г И И
И
Г Е Н Е Т И К И
С О
Р А Н