3717

ДНК-маркеры и их применение в генетике, селекции и растениеводстве кукурузы

Курсовая

Биология и генетика

ДНК-маркеры и их применение в генетике, селекции и растениеводстве кукурузы Вступление Одним из основных продуктов питания употребляемых мировым обществом являются культурные злаковые растения, среди которых кукуруза находится в списке лидеров по пр...

Русский

2012-11-05

123 KB

165 чел.

ДНК-маркеры и их применение в генетике, селекции и растениеводстве кукурузы

Вступление

Одним из основных продуктов питания употребляемых мировым обществом являются культурные злаковые растения, среди которых кукуруза находится в списке лидеров по продуктивности и распространенности [Циков, 2003].

Благодаря отдельному расположению мужского и женского соцветий, что позволяет достаточно быстро проводить перекрестное опыление и самоопыление, а так же в связи с тем, что женское соцветие (початок) дает достаточно большое количество семян для статистической обработки данных, кукуруза является классическим модельным объектом для проведения множества генетических исследований [Hill, 2005], таких как: генетика окраски, кроссинговера, мейотических мутаций и различных транслокаций и других [Flachenecker et al., 2006].

Данные исследования проведенные в конце XIX и начале XX веков, позволили коренным образом улучшить важные хозяйственные показатели данной культуры, ярким примером чему может служить создание и внедрение гибридной кукурузы в производство, произошедшее в XX веке [Duvick, 2001], а так же расширить теоретический и практический запас знаний в области прикладной генетики, несущие очевидную пользу всему сельскому хозяйству в целом [Lunde et al., 2003].

Активные исследования кукурузы привели к тому, что она стала одним из первых растительных, для которого составлены наиболее полные генетические карты хромосом [Poggio et al., 2005], а так же значительные успехи были достигнуты в исследованиях по экспериментальному мутагенезу у кукурузы [Моргун, Ларченко, 2006], что служит образцом для работы во многих отраслях растениеводства.

Результатом целенаправленных генетических исследований явилось описание новых источников стерильности и генов восстановления фертильности, разработка и уточнение методики использования этих данных в семеноводстве, создание и внедрение гибридных линий.

Именно в связи с этим кукуруза и по наш день находится под пристальным вниманием ученых всего мира и продолжает пополнять копилку знаний в практической и теоретической генетике, а так же приносить пользу сельскому хозяйству и человеческому обществу постоянно развиваясь как ценный пищевой продукт, который может стать большим подспорьем в борьбе человечества против голодания вызванного перенаселением и кризисов в области энергетических ресурсов.

1. Молекулярные маркеры.

Генетические маркеры или как их еще называют, сигнальный гены (по А. С. Серебровскому) – это сравнительно недавнее новшество в области молекулярно-генетических биотехнологий. Они представляют собой гены детерминирующие наследуемый отчетливо выраженный фенотипический признак различимый у разных особей который сопряжен с изменчивостью другого, качественного или количественного признака, что позволяет выявить характер его наследования, будучи нейтральным по отношению к самому исследуемому гену или признаку. В роли маркера может выступать любой фрагмент ДНК находящийся в тесной генетической связи с анализируемым геном [Календарь, Глазко, 2002].

Генетические маркеры нашли свое применение во многих областях генетики, селекции, сохранения биоразнообразия, изучения механизмов эволюции, картирования хромосом, семеноводства и других [Хавкин, 1997].

Большое значение для генетико-селекционного улучшения культурных растений имеет картирование агрономически важных  генов, в большинстве являющимися количественными. Внедрение молекулярных маркеров позволило развить методологию локализации и контроля локусов, определяющих количественные и качественные признаки [Xueyi et al., 1997].

Молекулярные маркеры имеют ряд требований, которым они должны удовлетворять для успешного использования их в исследовательской работе:

1) Доступное у разных особей фенотипическое проявление;

2) Равномерное распределение по геному;

3) Легкая выявляемость, воспроизводимость и дешевизна;

4) Относительная нейтральность и независимость от средовых эффектов [Конарев, 1983; Харченко, Глазко, 2006].

Безусловно не существует единого стандартного набора маркеров, которые бы отвечали всем выше перечисленным требованиям, однако эффективность исследования с применением сигнальных генов в существенной степени зависит именно от выбора типа маркера, наиболее удовлетворяющего этим требованиям относительно проводимого исследования.

Из наиболее широко употребляемых в науке маркеров можно выделить некоторые типы: маркеры участков белоккодирующих структурных генов, маркеры не кодирующих участков структурных генов и маркеры различных последовательностей ДНК, чье отношение к структурным генам (кодирующим или не кодирующим белки) в данное время не известно.

Маркеры используемые в биотехнологии прошли достаточно долгий эволюционный путь, развиваясь от морфологических и биохимических, до молекулярных и образованных с помощью ПЦР.

Молекулярные маркеры образованые при помощи ПЦР, стали очень важным компонентом в расширении научных знаний , потому что, в отличии от, к примеру, ранее используемых морфологических маркеров они имеют весьма глубокую информативности и не подвержены влияниям условий окружающей среды.

Поняв, что изучение морфологических показателей не дает возможности получить глубокую объективную информацию о генотипе, ученые перешли на качественно новый уровень исследования с использованием белковых маркеров для исследований. В качестве маркеров использовался достаточно обширный спектр белков включающий себя как ферменты так и  запасные белки растений.

К положительным чертам данного типа маркеров можно отнести несколько важных аспектов:

- широкая, генетически детерминированная изменчивость;

- независимость качественного состава от условий среды;

- множественный внутривидовой аллелизм.

В связи с тем, что белки являются продуктами экспрессии генов, то, изучая их, появилась возможность судить о строении генов, и, следовательно, получать информацию о генотипе.

Однако у использования этой группы маркеров есть и свои весомые минусы, такие как: необходимость заранее знать структуру исследуемого генома, ограниченность в возможности визуализации и высокий уровень посттрансляционных модификаций белка, в следствии которого аминокислотная последовательность белка может существенно измениться относительно изначального кода матричной РНК.

К следующей ступени развития маркеров привело более глубокое изучение специфичности химического состава и структуры ДНК [Глик, 2002].

В 1950 году видным ученым Э. Чаргаффом было открыто видоспецифичное различие соотношения A-T и G-C пар у разных организмов [Минасбекян и др., 1991]. Исследование этого различия привело к тому, что в наше время изучено свыше 500 видов покрытосеменных растений для которых определена доля G-C пар [Ванюшин, 2005].

Дальнейшее развитие методов выделения, клонирования и рестрикции ДНК способствовало более интенсивному изучению специфичности ДНК и позволило получить обширную информацию о полиморфизме ДНК [Кучук, 1997].

Полиморфизм ДНК выражается в локальных изменениях в нуклеотидных последовательностях в пределах генома, вызванных делециями, инверсиями, инсерциями или какими-либо другими перестройками (реорганизациями) хромосом. Эти мутации ведут к образованию различных аллелей в определенном локусе. Полиморфизм ДНК представляет собой разницу в структуре взаимоотносящихся участков ДНК у разных генотипов. Если такое отличие между двумя и более генотипами существует, то генотипы можно различить на основе этих участков ДНК.

На большом количестве типов полиморфизма ДНК построено постоянно пополняющееся огромное количество молекулярных маркеров для генетических исследований [Алтухов, Салменкова, 2002]:

- полиморфизм длины рестрикционных фрагментов;

- минисателлиты, или варьирующее число тандемных повторов;

- микросателлиты, или простые тандемные повторы;

- полиморфизм фрагментов ДНК, амплифицированных с произвольными праймерами;

- полиморфизм длины амплифицированных фрагментов;

- однонуклеотидный полиморфизм;

- полиморфизм экспрессирующихся последовательностей;

- полиморфизм ретротранспозонов;

Бурное развитие новых методов молекулярной биологии, в том числе автоматизация и компьютеризация различных процессов, разработка соответствующих статистических методов анализа и программного обеспечения, создание доступных баз данных, необходимых для исследования полиморфизма ДНК, способствуют пополнению арсенала молекулярных маркеров и все более активному их использованию в разных областях фундаментальной и прикладной биологии.

Однако, нецелесообразно отказываться от методов биохимической генетики и сконцентрировать все внимание лишь на полиморфизме ДНК, т. к. полиморфизм белков и ДНК естественным образом дополняют друг друга в зависимости от решаемых задач [Зеленин и др., 2001].

В конце ХХ века в практику исследования генетического разнообразия был включен новый класс молекулярных маркеров, получаемых в результате ферментативной амплификации ДНК с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), принцип которой разработан Кэри Мюллисом (фирма “Cetus”, США) в 1983 г. [Mullis et al., 1986].

Полимеразная цепная реакция – это экспериментальный биотехнологический метод позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов ДНК в биологическом материале (амплификация), а так же позволяющий проводить широкий спектр манипуляций с нуклеиновыми кислотами, такие как  введение мутаций, сращивание фрагментов ДНК, клонирование генов и так далее.

В основе самого метода полимеразной цепной реакции лежит стандартный биологический процесс происходящий во всех клетках – репликация – комплементарное достраивание ДНК на матрице материнской ДНК при помощи специфического класса ферментов ДНК-зависимых ДНК-полимераз [Engelke et al., 1990].

Процесс амплификации в ПЦР заключается в ряде циклично повторяющихся изменениях температурного режима: денатурации ДНК, отжиге праймеров с последовательностями ДНК, которым они комплементарны и достройкой полинуклеотидных цепей с помощью ДНК-полимеразы. Благодаря многократным повторениям этого цикла (20-35 раз)  достигается экспоненциальное увеличение количества специфических фрагментов  ДНК, что в последующем дает возможность применения анализирующего электрофореза.

Температурный цикл ПЦР состоит из трех последовательны этапов:

  1.  Денатурация – нагревание двухцепочечной молекулы ДНК до температур 94-98о С с экспозицией продолжительностью 0,5 – 2 минуты, приводит к расхождению цепей.
  2.  Отжиг – понижение температуры до уровня на 5-6о С ниже температуры плавления праймеров с экспозицией в 0,5 – 2 минуты, позволяет праймерам связаться с комплементарными участками на одноцепочечных молекулах ДНК
  3.  Элонгация – проводится при температуре около 72о С, что является оптимумом для работы Тaq полимеразы (наиболее употребляемый класс полимераз), которая в течении этой стадии достраивает вторую цепь ДНК на одноцепочечной матрице используя праймер как стартовую площадку. Экспозиция этой стадии зависит от выбора полимеразы и длинны амплифицируемого фрагмента, по стандарту 1.000 пар основыний на 1 мунуту реакции.

Применение исключительно термостабильных ДНК-полимераз, выделенных из экстремально-термофильных бактерии Thermus aquaticus, для которых стандартная температура роста колеблется от 50 до 70о С, делает возможным проведение всех циклов полимеразной цепной реакции с оптимальным выходом продукта без структурных повреждений белков входящих в процесс.

Использований ПЦР для получения маркеров имеет большое количество положительных черт хорошо характеризирующих ее в арсенале биологических технологий:

- экономность в использовании ДНК;

- легкость в выполнении;

- автоматичность процесса;

- в связи с широким выбором праймеров открываются широкие просторы для выполнения разносторонних исследований;

- не требует радиоактивных и других меток для визуализации полиморфизмов [Кожухова, 1998; Малюта та ін., 2005].

Условно можно разделить на два класса: амплификация с использованием произвольных праймеров и амплификация с использованием специфических праймеров.

Амплификация с использованием произвольных праймеров является процессом недетерминированным и не требующим предварительного знания матричной последовательности. При этом типе амплификации могут применяться один либо несколько  произвольных праймеров или комбинация произвольного и специфического праймеров к определенным, но неидентифицированным сайтам в геноме, многие из которых являются полиморфными [Caetano-Anolles et al.,  1991].

Одним из самых значимых представителей данного вида аплификации являеться RAPD-анализ (Random Amplified Polymorphic DNA) [Williams et al., 1990].

RAPD-метод прост и дешев, продукты амплификации выявляют в агарозных гелях при окрашивании ДНК бромистым этидием. Спектры фрагментов амплификации зависят от используемого праймера и исследуемого вида. Праймеры используемые в этом методе позволяют выявлять межсортовую дифференциацию у одного вида растений, а также выявить межсортовых различия [Tingey et al., 1992].

Однако в то же время RAPD-технология имеет ряд недостатков: невоспроизводимость результатов ПЦР, связанная с особенностью праймеров и условий реакции; RAPD-маркеры, как правило, ведут себя как доминантные и их гетерозиготное состояние не отличается от гомозиготного. Это не исключает применения RAPD-технологии в популяционном анализе и при идентификации генетических ресурсов, но при этом точность оценок по сравнению с кодоминантными маркерами снижается [Сиволап и др., 1994].

Вторым крупным классом ПЦР анализа являеться анализ с применением специфических праймеров.

Амплификация со строго специфическими праймерами является детерминированным процессом, требующим знания последовательности матрицы, а мишенью являются один определенный либо многочисленные  сайты амплификации на обеих нитях ДНК.

Основным типом полимеразной цепной реакции с использованием специфических праймеров являеться SSR-ПЦР [Simple Sequence Repeats) [Tautz, 1998], который представляет амплификацию с использованием праймеров, гомологичных к уникальным областям генома, которыми фланкирован микросателлитный локус, и дальнейшее электрофоретическое разделение аллелей в полиакриламидных гелях с окрашиванием бромистым этидием или нитратом серебра.

Впервые в геноме кукурузы наличие микросателлитных повторов и их наследование продемонстрировано в работе Senior, Heun (1993). Для выявления гетерозиготности шести микросателлитных локусов исследовали восемь инбредных линий. SSR отобраны из 280 последовательностей GeneBank. Результаты ПЦР-анализа  подтвердили наличие микросателлитных локусов и возможность их  использования для картирования генома [Senior at al., 1996].

Микросателлитные генетические маркеры обладают рядом положительных свойств, делающих их очень удобными для исследований:

- микросателлитные локусы в большом количестве рассеяны по всему геному;

- эти локусы в основном локализованы в некодирующих регионах генома и, следовательно быть селективно нейтральны;

- для этих локусов характерна быстрая эволюция, которая обусловлена дрейфом и мутациями;

- микросателлитам свойственен менделевский кодоминантный тип наследования;

- микросателлиты консервативны у близких видов, что позволяет использовать одни и те же праймеры и сходные протоколы анализов для проведения исследований;

- для анализа микросателлитов требуется очень малое количество ткани организма, поэтому возможно прижизненное взятие образцов.

Высокая скорость мутирования, большое аллельное разнообразие и гетерозиготность, достигающая 90 %, микросателлитных локусов открывают беспрецендентные перспективы для индивидуальной идентификации, изучения индуцированного мутационного процесса, в различных демографических, экологических и природоохранных исследованиях.

Таким образом, генетический полиморфизм, выявляемый с помощью молекулярных маркеров, является центральным инструментом в генетическом анализе.

Очевидно, дальнейшее развитие молекулярных маркеров будет идти по пути поиска среди различных типов маркеров наиболее информативных локусов, причем информативность и, соответственно, подбор локусов будет специфичен для решения конкретных задач.

2. Применение биотехнологий в генетике, селекции и семеноводстве кукурузы.

Молекулярные маркеры занимают важное место в наборе современных молекулярно-генетических инструментов, помогающих селекционерам в решении практических проблем, позволяя на более глубоком уровне осуществлять селекционный процесс [Хавкин, 2003].

Одним из основных условий использования молекулярных маркеров при селекции различных признаков и свойств, является знание генетической зависимости признака, так как их использование в случае когда один ген отвечает за один признак достаточно просто, однако, в случае когда за один признак отвечает группа генов возникают трудности. Но известно, что количественные гены могут часто находиться в так называемых «локусах количественного признака», в которых они находятся в тесной генетической связи и наследуются в совокупности, что делает использование молекулярных маркеров возможным. Это весьма полезно при изучении различных  важных хозяйственных свойств, таких как урожайность, устойчивость к заболеваниям и так далее [Yousef, Juvik, 2001].

По мимо вышеперечисленного спектр применений молекулярных маркеров в селекции и семеноводстве включает в себя:

- оценку генетического разнообразия [Masojc, 2002]

- идентификацию генотипов [Зайцев, Хавкин, 2001]

- определение уровня гибридности и самоопыления [Abdel-Mawgood, 2006;]

Примерами маркеров используемых для изучения кукурузы могут служить цитологические маркеры основанные на вариативности гетерохроматиновых узелков пахитенных хромосом у разных генотипов кукурузы [McClintock, 1960], молекулярные маркеры основанные на значительном количестве ретропозирующих элементов кукурузы, которые могут достигать до 60% всего генома. Отдельно следует упомянуть что особое внимание в качестве генетических маркеров привлекают семейства тандемных повторов - минисателлиты, состоящие из повторяющихся копий («мотива») длиной от девяти до сотни нуклеотидов каждая [Jeffreys et al., 1988], и микросателлиты, повторяющиеся копии которых имеют длину один-четыре, иногда шесть нуклеотидов [Wright, Bentzen, 1994].

В качестве примера применения полимеразной цепной реакции и молекулярных маркеров для исследования кукурузы можно привести оценку генетического разнообразия генофонда кукурузы, которая проводится при использовании RAPD ПЦР (Random amplification of polymorphic DNA – ПЦР со случайной амплификацией полиморфной ДНК). Этот тип ПЦР используется для выявления различий у близкородственных по генетической последовательности организмов, использование этих методик для определения генетических дистанций среди современных и исторических инбредных линий кукурузы [Lu, Bernardo, 2001]. Так же примером в области применения молекулярных маркеров и ПЦР для исследования кукурузы можно привести маркирование локусов хозяйственно ценных признаков.

2.1. Оценка генетического разнообразия генофонда кукурузы.

Одна из первых работ по определению пригодности  ПЦР-маркеров для идентификации генотипов и детекции родства была осуществлена на примере шести инбредных линий и пяти простых гибридов кукурузы [Welsh et al., 1991]. Авторы продемонстрировали возможность идентифицкации инбредных родителей простых гибридов кукурузы методом ПЦР с использованием произвольных праймеров. В рамках эксперимента для достижения более высокого уровня достоверности в определении родительства, авторы предложили использовать три-четыре праймера.

RAPD-ПЦР с 54 праймерами использовали для изучения генетического сходства 57 инбредных линий с различным эндоспермом [Hahn et al., 1995]. Полиморфизм между линиями детектирован при использовании 31 праймера. В следствии чего все линии были разделены по строению эндосперма на две группы.

Для исследования зародышевой плазмы кукурузы использовали SSR-анализ 18 локусов, содержащих ди- и тринуклеотидные повторы [Taramino, Tingey, 1996]. ПЦР-данные сравнивали с параметрами изменчивости и генетической дивергенции, полученными при использовании ПДРФ-маркеров. Данными этого эксперимента была подтверждена информативность микросателлитных маркеров для анализа генетического разнообразия кукурузы.

Определение генетических дистанций среди современных и исторических инбредных линий кукурузы по данным ПЦР-анализа
83 микросателлитных локусов осуществляли для оценки того, насколько утеряно генетическое разнообразие среди современных генотипов. Авторы отобрали восемь элитных инбредных линий, представляющих основу современного семеноводства США, и 32 другие инбредные линии, являющиеся исторически важными генотипами в селекции кукурузы. Результаты кластерного анализа хорошо согласовывались с информацией о родословных. На основе полученных данных авторы предположили, что генетическое разнообразие современных линий уменьшилось на генном уровне, но не на популяционном. Гибридная селекция кукурузы скорее, сохраняет, чем уменьшает, генетическое разнообразие.

Эноки с соавт. анализировали 60 микросателлитных локусов в выборке из 65 инбредных линий кукурузы, адаптированных к холодным регионам Японии для оценки генетических различий [Enoki et al., 2002]. Кластерный анализ показал, что Северные кремнистые инбредные линии, селектируемые в Японии, сходны с канадской Северной кремнистой инбредной линией и европейской кремнистой линией. Эти ассоциации соответствуют известным записям родословных линий. Полученные результаты продемонстрировали эффективность SSR-анализа для оценки генетического разнообразия и соотнесения к гетерозисным группам.

С помощью ПЦР-анализа определили степень генетического родства двух инбредных линий кукурузы – А344 и ВИР44, имеющих практически один и тот же генотип, но репродуцируемых в течение многих лет в разных эколого-географических зонах [Кожухова и др., 2003]. Линия ВИР44 выделена из мировой коллекции на Кубанской опытной станции Всероссийского института растениеводства (Россия) и является аналогом линии А344, выведенной в США (Миннесота) и относящейся к гетерозисной группе Рейд. Данные исследования показали, что в процессе селекции и семеноводства линий ВИР44 и А344 были затронуты буферные районы ДНК, возможно играющие адаптивную функцию.

C помощью SSR-маркеров изучили генетическое разнообразие в пределах и между популяциями кукурузы тропической, субтропической и умеренной зон [Xia et al., 2005].

Во временном аспекте исследовали генетическое разнообразие среди 133 современных и ранних сортов кукурузы, произраставших во Франции в течение последних пятидесяти лет, с помощью ПЦР-анализа 51 SSR-локуса. Сорта сгруппировали соответственно четырем периодам. Генетические различия сократились до 10 % в сортах селекции до 1976 г. сравнительно с таковыми селекции после 1985 г. Незначительные различия отмечены среди сортов двух последних десятилетий, что должно побудить французских селекционеров кукурузы к расширению генетической основы в их селекционных программах [Le Clerc et al., 2005].

В Украине генетическое разнообразие кукурузы с помощью ПЦР-маркеров впервые исследовано в Южном биотехнологическом центре в растениеводстве Украинской академии аграрных наук (г. Одесса) [Sivolap et al., 1995]. Oсуществлен анализ наследования ПЦР-фрагментов в F1-гибридах кукурузы и возможности его прогнозирования, что имеет большое значение при выборе и оценке молекулярного маркера [Кожухова и др., 1998]. Проведено исследование генетического разнообразия 65 инбредных линий кукурузы зарубежной селекции и селекции Селекционно-генетического института – Национального центра сортоизучения и семеноведения из разных гетерозисных групп с помощью RAPD- и SSR-ПЦР-методов [Кожухова, Сиволап, 1998; Сиволап и др., 1999]. В результате кластерного анализа по данным ДНК-профилирования группировка линий совпала с ожидаемой кластеризацией по принадлежности к гетерозисным группам и по данным родословных. Генетические дистанции между линиями из разных гетерозисных групп были выше, чем таковые между линиями из одной группы.

2.2. Маркирование локусов хозяйственно ценных признаков.

Большое значение для генетико-селекционного улучшения культурных растений имеет картирование агрономически важных  генов, в большинстве являющимися количественными. Внедрение в биотехнологию молекулярных маркеров позволило развить методологию локализации и контроля локусов, определяющих количественные и качественные признаки [Xueyi et al., 1997].

При помощи молекулярных маркеров была осуществлена идентификация таких важных признаков кукурузы, как:

- вес 1000 зерен,

- высота растения,

- концентрация крахмала в зерне и абсцизовой кислоты в листьях,

- диаметр, вес и длина початка,

- содержание масла,

- ранний рост и цветение,

- метаболизм углерода,

- восстановление фертильности.

58 SSR-локусов анализировали в выборке F1-популяции, полученной от скрещивания восьми инбредных линий из разных географических регионов Индии [Mohammadi et al., 2002]. В результате было найдено 15 маркеров, имеющих связь с суммарным урожаем зерна, весом 100 зерен и общим количеством зерен в початке.

Время от прорастания до цветения является важным биологическим признаком и связано с важным агрономическим показателем - длиной вегетационного периода. SNP-маркеры использовали для оценки полиморфизма Dwarf8-гена, ассоциированного со временем цветения, в наборе элитных европейских инбредных линий [Andersen et al., 2005]. 71 линия фенотипирована по признакам «время цветения» и «высота растения» в четырех различных экологических точках. Оценили аллельные эффекты Dwarf8-гена на проявление данных признаков.

Генетическую связь QTL некоторых компонентов клеточной стенки и устойчивостью к европейскому зерновому точильщику изучали в популяции В73 х В52 [Cardinal, Lee, 2005]. Детектированы геномные регионы, участвующие в синтезе целлюлозы, хемицеллюлозы и лигнина в листьях кукурузы, связанных с данной устойчивостью.

Создание инбредных линий кукурузы, устойчивых к сорняку-паразиту Striga, является предметом повышенного интереса для селекционных программ в саванных регионах Африки, где  этот сорняк-эндемик приводит к значительным потерям урожая тропической кукурузы [Menkir et al., 2005]. Осуществлен SSR-анализ 41 линии. Две маркерные системы генетировали 262 и 101 полиморфных фрагментов, соответственно. Получено четкое разделение на ранне- и позднеспелые линии,  позволяющее  отбирать  потенциальные  источники повышения устойчивости кукурузы к Striga.

Исследования близкородственных линий с существенно разными интервалами между цветением женских и мужских цветков, что является  индикатором засухоустойчивости, предприняты с целью идентификации молекулярных маркеров этих признаков [Pons et al., 1995]. Родительские и F2-особи выращивали при разных режимах влажности для оценки морфологических различий. В результате RAPD- и ПДРФ-анализов выявлены стойкие различия между генотипами, ассоциированные с интервалом цветения, урожаем зерна и другими признаками.

Выводы

Большое экономическое значение кукурузы и некоторые ее биологические особенности (огромное разнообразие форм, раздельнополые соцветия, высокий коэффициент размножения) стимулируют и поддерживают высокую интенсивность генетико-селекционных исследований на протяжении длительного периода и по сегодняшний день.

Молекулярная генетика стала мощным инструментом для решения многих задач эволюции, генетики, селекции, сохранения генофонда, идентификации генотипов и уточнения их происхождения. За сравнительно короткий для развития науки срок создана новая технология исследования молекулярно-генетического полиморфизма, основанная на генерируемых ПЦР маркерах. Среди первых исследований, направленных на разработку технологий с использованием ПЦР-маркеров в анализе молекулярно-генетического полиморфизма кукурузы, были и работы проведенные на базе южного биотехнологического центра.

Сохранение и обогащение генетических ресурсов растений, в том числе кукурузы, является актуальной генетико-селекционной проблемой в связи с прогрессирующей эрозией генофонда культурных растений. Оценка генетического разнообразия исходного селекционного материала, характеристика существующего генофонда, определение степени родства сортов требует наличия точных, надежных и эффективных методов идентификации.

Большое значение для генетико-селекционного улучшения культурных растений имеет картирование агрономически важных  генов, в большинстве являющимися количественными. Внедрение молекулярных маркеров позволило развить методологию локализации и контроля локусов, определяющих количественные и качественные признаки

Закономерности, впервые выявленные на кукурузе, перенесены на другие культуры, что способствовало повышению общего уровня как генетических исследований, так и селекционных разработок для сельскохозяйственного производства [Lunde et al., 2003].

Несмотря на интенсивный анализ молекулярно-генетического полиморфизма такой важной сельскохозяйственной  культуры,  как кукуруза, вопрос о выборе методики для идентификации и дифференциации линий, популяций, гибридов остается открытым. Для оценки различий между генотипами могут использоваться различные типы ПЦР-маркеров и необходимо  учитывать  их особенности  при  выборе метода для решения конкретных задач.

Список использованной литературы

Алтухов Ю. П. Полиморфизм ДНК в популяционной генетике / Ю. П. Алтухов, Е. А. Салменкова // Генетика. – 2002. – Т. 38, № 9. – С. 1173-1195.

Ванюшин Б. Ф. Энзиматическое метилирование ДНК – эпигенетический контроль за генетическими функциями клетки / Б. Ф. Ванюшин // Биохимия. – 2005. – Т. 70, № 5. – С. 598-611.

Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Д. Пастернак; пер. с англ. - Москва: Мир, 2002. - 589 с.

Зайцев В. С. Идентификация генотипов растений с помощью ПЦР-анализа рассеянных повторяющихся последовательностей R173 /                    В. С. Зайцев, Э. Е. Хавкин // Доклады РАСХН. – 2001. - № 2. – С. 3-5.

Зеленин А. В. Введение в геномику растений / А. В. Зеленин, Е. Д. Бадаева, О. В. Муравенко // Молекулярная биология. - 2001. - Т. 35,      N 2. - С. 339-348.

Календарь Р. Н. Компьютерная программа для построения эволюционных  деревьев на основе электрофореграмм ДНК и белков /           Р. Н. Календарь // Молекулярно-генетические маркеры и селекция растений: Международная конференциия. Киев, 1994. - Киев, 1994. - С. 25-26.

Кожухова Н. Э. Молекулярно-генетический полиморфизм кукурузы. Использование ПЦР-анализа в генетико-селекционных исследованиях. Научно-методическое руководство / Н. Э. Кожухова, Т. Г. Вербицкая. - К.: Аграрна наука, 1998. - С. 96-102.

Кожухова Н. Э. Молекулярно-генетическая характеристика инбредных линий   и   простых   гибридов   кукурузы    Zea mays L. / Н. Э. Кожухова, Б. Ф. Вареник, Ю. М. Сиволап // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. праць. – К.: Аграрна наука, 2003. - С. 345-350.

Кожухова Н. Э. Полимеразная цепная реакция и особенности ее применения для анализа полиморфизма / Н. Э. Кожухова // Использование ПЦР-анализа в генетико-селекционных исследованиях. Научно - методическое руководство. - К.: Аграрна наука, 1998. -С. 21-33.

Кожухова Н. Э. ISSR-анализ для реконструкции исторических событий: сравнение инбредных линий кукурузы ВИР44 и А344 / Н. Э. Кожухова, Е. В. Гудыменко, Ю. М. Сиволап // Геном растений: IV Международная конференция. Одесса, 10-13 июня 2003 г. – Одесса, 2003. -   С. 18.

Конарев В. Г. Белки растений как генетические маркеры / В. Г. Конарев. - Москва: Колос, 1983. - 320 с.

Кучук Н. В. Генетическая инженерия высших растений / Н. В. Кучук // К.: Наукова думка, 1997. – 151 с.

Малюта С. С. Розробка тест-системи для діагностики Ph-лейкемій за допомогою полімеразної ланцюгової реакції / С. С. Малюта, Г. Д. Телегеєв, М. В. Дибков и др. // Наука та інновації. – 2005. -  № 3. – С. 14-19.

Минасбекян Л. А. Зависимость некоторых молекулярных характеристик ДНК злаковых от формулы генома / Л. А. Минасбекян, П. О. Вардеванян  // Биол. науки. - 1991. – Т. 35, N 11. - С. 20-27.

Моргун В. В. Генетичні ефекти екзогенної ДНК при взаємодії з геномом вищих рослин / В. В. Моргун, К. А. Ларченко // Физиол. и биохим. культур. раст. - 2006. – Т. 38, № 2. – С. 102-109.

Сиволап Ю. М. Геном растений и его улучшение / Ю. М. Сиволап. – К.: Урожай, 1994. – 192 с.

Сиволап Ю. М. Идентификация инбредных линий кукурузы с помощью произвольно праймированной ПЦР и SSR-ПЦР / Ю. М. Сиволап, Н. Э. Кожухова, Б. Ф. Вареник // Доклады РАСН. - 1999. - № 6. - С. 3-6.

Хавкин Э. Е. Молекулярные маркеры в растениеводстве / Э. Е. Хавкин // С.-х. биология. – 1997. - № 5. – С. 3-21.

Хавкин Э. Е. Молекулярная селекция растений: ДНК-технологии создания новых сортов сельскохозяйственных культур / Э. Е. Хавкин // С.-х. биология. - 2003. - № 3. - С. 26-41.

Харченко П. Н. ДНК-технологии в развитии агробиологии / П. Н. Харченко, Глазко В. И. - Москва: Воскресенье, 2006. – 480 с.

Циков В. С. Кукуруза: технология, гибриды, семена / В. С. Циков. - Днепропетровск: Заря,  2003. – 196 с.

Abdel-Mawgood A. Application of molecular markers for hybrid maize (Zea mays L.) identification/ A.Abdel-Mawgood // Food, Agriculture, Environment. – 2006. - Vol. 4, N 2. – P. 44-51.

Andersen J. Validation of Dwarf8 polymorphisms associated with flowering time in elite European inbred lines of maize (Zea mays L.) / J. Andersen, T. Schrag, A. Melchinger // Theor. Appl. Genet. – 2005. – Vol. 111, N 2. - P. 206-217.

Cardinal A. Genetic relationships between resistance to stalk-tunneling by the European corn borer and cell-wall components in maize population B73xB52 / A. Cardinal, M. Lee // Theor. Appl. Genet. - 2005. – Vol. 111, N 1. –   P. 1-7.

Caetano-Anolles G. DNA amplification fingerprinting using very short arbitrary oligonucleotide primers / G. Caetano-Anolles, B. Bassam, P. Gresshoff // Bio-Technology. - 1991. - Vol. 9, N 6. - P. 553-557.

Duvick D. Biotechnology in the 1930s: the development of hybrid maize / D. Duvick // Nat. Genet. Rev. – 2001. – Vol. 2, N 1. – P. 69–74.

Engelke D. Purification of Thermus aquaticus DNA polymerase expressed in Escherichia coli / D. Engelke, A. Krikos, M. Bruck // Anal. Biochem. - 1990. - Vol. 191, N 2. - P. 396-400.

Enoki H. SSR analysis of genetic diversity among maize inbred lines adapted to cold regions of Japan / H. Enoki, H. Sato, K. Koinuma // Theor. Appl. Genet. – 2002. – Vol. 104, N 8. – P. 1270-1277.

Flachenecker C. Genetic drift and selection effects of modified recurrent full-sib selection programs in two F2 populations of European flint maize / C. Flachenecker, M. Frisch, K. Falke // Theor. Appl. Genet. – 2006. – Vol. 113, N 6. - P. 1113-1120.

Hahn V. Relationships among early European maize inbreds. III. Genetic diversity revealed with RAPD-markers and comparison with RFLP pedigree data / V. Hahn, K. Blankenhorn, M. Schwall // Maydica. - 1995. - Vol. 40, N 4. -           P. 299-310.

Hill W. Genetics. A century of corn selection / W. Hill // Science. - 2005. –  Vol. 307, N 5748. - P. 683-684.

Le Clerc V. Assessing temporal changes in genetic diversity of maize varieties using microsatellite markers / V. Le Clerc, F. Bazante, C. Baril // Theor. Appl. Genet. - 2005. - Vol. 110, N 2. - P. 294 – 302.

Lu H. Molecular marker diversity among current and historical maize inbreds / H. Lu, R. Bernardo // Theor. Appl. Genet. – 2001. – Vol. 103, N 4. –  P. 613-617.

Lunde C. Progress in maize gene discovery: a project update / C. Lunde,  D. Morrow, L. Roy // Funct. Integr. Genomics. – 2003. – Vol. 3, N 1-2. – P. 25–32.

Masojc P. Application of molecular markers in process of selection / P. Masojc // CMBL. – 2002. – Vol. 7, N 21a. – P. 499-510.

McClintock B. Chromosome constitutions of Mexican and Guatemalan races of maize // Carnegie Inst Wash Yearbook. - 1960. – Vol. 59, N 1. – P. 461-472.

Menkir A. Molecular marker-based genetic diversity assessment of Striga-resistant maize inbred lines / A. Menkir, J. Kling, B. Badu-Apraku // Theor. Appl. Genet. – 2005. – Vol. 110, N 6. – P. 1145–1153.

Mohammadi S. Study of chromosomal locations and gene effects on yield and yield components in maize using microsatellite markers / S. Mohammadi, B. Prasanna, C. Sudan // Cel. Mol. Biol. Let. – 2002. – Vol. 7, N 2a. – P. 599-606.

Mullis K. Specific enzymatic amplification of DNA in vitro: The polymerase chain reaction / K. Mullis, F. Faloona, S. Scharf // Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. - 1986. - Vol. 51, N 2. - P. 263-273.

Poggio L. The genome organization and diversification of maize and its allied species revisited: evidences from classical and FISH-GISH cytogenetic analysis / L. Poggio, G. Gonzalez, V. Confalonieri // Cytogenet. Genome Res. - 2005. –Vol. 109, N 3. – P. 259-267.

Pons J. Determination of the molecular markers associated with the anthesis-silking interval in maize / J. Pons, J. Arreola, M. Gonzalez // Proc. Internat. Symp. Vienna (Austria), 1995. - Vienna (Austria), 1995. - P. 237-244. 

Senior M. Simple Siquence Repeat Markers Developed from Maize Sequences Found in the GENBANK Database: Map  Construction / M. Senior,     E. Chin, M. Lee // Crop Science. - 1996. - Vol. 36, N 6. - P. 1676-1683.

Taramino G. Simple sequence repeats for germplasm analysis and mapping in maize / G. Taramino, S. Tingey // Genome. - 1996. - Vol. 39, N 2. -    P. 277-287.

Tautz D. Hypervariability of simple sequences as a general source for polymorphic markers / D. Tautz // Nucl. Acids Res. - 1989. - Vol. 17, N 16. -       P. 6463-6471.

Tingey S. Genetic analysis with RAPD markers / S. Tingey, J. Rafalski,    J. Williams // Applications of RAPD Technology to Plant Breeding. - Ed. M. Neff., 1992. - P. 1-6.

Williams J. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers / J. Williams, A. Kubelic, K. Livak // Nucl. Acids Res. - 1990. - Vol. 18, N 22. - P. 6531-6535.

Welsh J. Parentage determination in maize hybrids using arbitrary primed polymerase chain reaction (AP-PCR) / J. Welsh, R. Hоneycutt, M. McClelland // Theor. Appl. Genet. - 1991. - Vol. 82, N 4. - P. 473-476.

Wrights J. Microsatellites: Genetic markers for the future / J. Wrights,       P. Bentzen // Rev. Fish Biol. Fish. – 1994. – Vol. 4, N 3. – P. 384-388.

Xia X. Genetic diversity among CIMMYT maize inbred lines investigated with SSR markers / X. Xia, J. Reif, A. Melchinger // Crop Sci. - 2005. – Vol. 45,  N 6. – P. 2573-2582.

Xueyi H. Development of PCR-based markers to facilitate large-scale screening in molecular maize breeding / H. Xueyi, J. Ribaut,                                 D. Gonzalez-de-Leon // Maize Genetics Cooperation Newsletter. - 1997. - 7 p.

Yousef G. Comparison of phenotypic and marker-assisted selection for quantitative traits in sweet corn / G. Yousef, J. Juvik // Crop Sci. - 2001. – Vol. 41, N 3. – P. 645–655.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40923. Синтез НВЧ – елементів 116.5 KB
  Фільтри НВЧ. Спробуємо створити такий фільтр для НВЧ оскільки розрахунки дають нереальні з точки зору технології значення ємності та індуктивності. В НВЧ маємо еквівалентні схеми: Паралельний контур: Ємність: Чебишевська апроксимація Баттервордська апроксимація Ємність на землю Індуктивність Діелектрик.
40924. НАГРУЗКИ В СПОРТЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ 57.5 KB
  Внешняя и внутренняя сторона нагрузки. Компоненты тренировочной нагрузки. Эффект нагрузки прямо пропорционален при прочих условиях ее объему и интенсивности.
40925. Развитие силовой стойкости 50 KB
  Силовые упражнения не столько увеличивают возможности систем кровообращения и дыхания сколько повышают способности спортсмена к использованию этих возможностей при выполнении соответствующей силовой работы как правило это упражнения с умеренным сопротивлением и большим количеством повторений. Применение методов для развития силовой выносливости обусловлено спецификой вида спорта и применяемые упражнения по внутренней и внешней структуре близки к соревновательному упражнению. Кроме того эффективным средством развития силовой выносливости...
40926. Силовая подготовка 67.5 KB
  Виды силовых качеств и режим работы мышц. Сила может проявляться при статическом изометрическом и динамическом изотоническом режимах работы мышц. При изометрическом удерживающем режиме длина мышцы не изменяется от греч. Например в режиме изометрического сокращения работают мышцы человека который подтянулся на перекладине и удерживает свое тело в этом положении удержание штанги и т.
40927. Ґендерна соціалізація та становлення ґендерної ідентичності 154.5 KB
  Еволюційна теорія статі В. Нова психологія статі. В тричотири роки діти вже усвідомлено розрізняють стать навколишніх людей але часто асоціюють її з випадковими зовнішніми ознаками наприклад з одягом зачіскою і допускають принципову оборотність можливість зміни статі Хлопчик чотирьох років каже: Коли я виросту то стану жінкою. Кон вважає еволюційну теорію статі що її розроблено російським біологом В.
40928. Економічний розвиток і проблеми його дослідження в економічній теорії 137 KB
  Економічний розвиток і проблеми його дослідження в економічній теорії Економічний розвиток як основа розвитку суспільства Статичний і динамічний підхід до аналізу розвитку економічних систем і предмет ПЕ ІІ Сучасні підходи до вивчення інституціональних перетворень та економічного зростання. Інституціональні основи і складові економічного розвитку. Акцент на динамічності предмету вивчення на змінності економічних відносин залежно від суспільного розвитку. На щастя все наведене не повною мірою охоплює проблеми політекономії що свідчить про...
40929. Система физической защиты (СФЗ) ядерных материалов и ядерно-опасных объектов 214.5 KB
  Система физической защиты СФЗядерных материалов и ядерноопасных объектов Аннотация Понятие физической защиты. Определение системы физической защиты СФЗ важного объекта. Задачи СФЗ. Роль и взаимодействие компонентов СФЗ.
40931. Характеристика діяльності й особистості тренера-вчителя фізичної культури. 99.5 KB
  Характеристика діяльності й особистості тренера вчителя фізичної культури. Основні функції та здібності тренера вчителя фізичної культури. Вимоги до сучасного спортивного тренера. Психологічні аспекти діяльності тренера вчителя.