doi: 10.15389/agrobiology.2016.3.327rus

УДК 633.111.1:577.152.31:577.151.64

Выражаем благодарность Н.В. Кочериной за помощь при проведении статистических расчетов гетерозиготности и ее дисперсии.

 

ИЗОФЕРМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ЭСТЕРАЗ В ЗРЕЛЫХ СЕМЕНАХ ГЕКСАПЛОИДНОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ (Triticum aestivum L.)

А.С. РУДАКОВА1, С.В. РУДАКОВ1, Н.В. ДАВЫДОВА2, Г.В. МИРСКАЯ3,
Е.В. ЖУРАВЛЕВА2, Ю.В. ЧЕСНОКОВ4

Эстеразы — большая группа ферментов, катализирующих расщепление сложноэфирных связей. Обычно их разделяют на четыре типа: холинэстеразы (наиболее часто идентифицируются при традиционном электрофоретическом анализе), ацетилэстеразы, арилэстеразы и карбоксилэстеразы. Эстеразы растений катализируют превращение карбоксильных эфиров в биоактивные кислоты и спирты, благодаря чему играют ключевую роль во многих биологических процессах. Отсутствие эпистатических взаимодействий и кодоминантный характер наследования изоформ эстераз делают их значимыми для быстрого и доступного изучения процессов биохимической адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды. Этот тип маркеров удобен и для решения практических задач селекции в качестве средства, способного ускорить и упростить процесс отбора селекционно значимого материала. Целью настоящей работы была оценка изоферментного профиля эстераз, выделенных из зрелых семян, и установление полиморфизма между образцами перспективного селекционного материала у гексаплоидной пшеницы (Triticum aestivum L.) по этому биохимическому маркеру. Исследовали зрелые семена сортов пшеницы селекции Московского НИИ сельского хозяйства «Немчиновка» (Московская обл.) — Злата, Любава, Агата, Лиза (яровые) и Мера (озимый); селекции Агрофизического НИИ (АФИ, г. Санкт-Петербург) — линии АФИ91 и АФИ177 (яровые), а также рекомбинантных инбредных линий картирующей популяции ITMI — 7, 10, 29, 32, 44, 47, 57, 83, 88, 89 и 115 (яровые). Семена размалывали в фарфоровой ступке, муку просеивали через сито. После экстракции ферментов образцы центрифугировали и отбирали надосадочную жидкость, затем осуществляли вертикальный нативный электрофорез. В качестве разделяющего использовали 8 % полиакриламидный гель, в качестве концентрирующего — 4 % полиакриламидный гель. Молекулярными маркерами служили окрашенные стандарты Page Ruler Prestained Protein Ladder («Thermo Scientific», Литва). По окончании электрофореза гель обрабатывали реактивом на неспецифическую эстеразу. Сканировали полученные электрофореграммы, оценивали индивидуальный электрофоретический профиль каждого образца, рассчитывали гетерозиготность и ее дисперсию. Эстеразный комплекс в исследованных семенах пшеницы был представлен 10 формами. У сортов Злата, Любава, Агата, Лиза и Мера выявили от 9 до 10 изоформ с разной электрофоретической подвижностью, у АФИ91 обнаружено 7, в АФИ177 — 8, у линий ITMI — от 7 до 10 изоформ эстераз. Для всех образцов было характерно наличие изоформ эстераз Est-8, Est-9 и Est-10. Гетерогенность отмечали только по качественному и количественному составу эстераз с большей молекулярной массой — Est-1, Est-2, Est-3, Est-4, Est-5, Est-6 и Est-7. Каждый из 18 сортов и линий обладал отличным от других образцов генотипом. Средняя гетерозиготность (H) образцов по 10 выявленным локусам, кодирующим изоформы эстераз, составила 0,924; дисперсия гетерозиготности для изученного набора образцов Var(H) = 0,0004. В результате исследований выделены наиболее перспективные селекционные родительские формы — сорта Злата, Мера и линии АФИ91, АФИ177, ITMI7, ITMI44, ITMI83 и ITMI115. Наличие 10 изоформ делает эстеразы гексаплоидной пшеницы удобным биохимическим маркером и позволяет проводить как физиолого-биохимические, так и генетико-селекционные исследования образцов гексаплоидной мягкой пшеницы.

Ключевые слова: гексаплоидная мягкая пшеница, зрелые семена, изоферментный анализ, эстеразы.

 

Полный текст

 

ISOZYMIC ANALYSIS OF ESTERASES IN MATURE SEEDS OF HEXAPLOID SOFT WHEAT (Triticum aestivum L.)

A.S. Rudakova1, S.V. Rudakov1, N.V. Davydova2, G.V. Mirskaya3,
E.V. Zhuravleva2, Yu.V. Chesnokov4

Esterases represent a large group of enzymes that catalyze cleavage of multiple-ester bonds. In general, they are divided into four types: cholinesterases (most frequently, these are identified using ordinary electrophoretic analysis), acetylesterases, arylesterases and carboxyl esterases. Plant carboxyl esterases catalyze conversion of the esters into bioactive acids and alcohols, thereby playing a key role in many biological processes. Lack of epistatic interactions as well as a co-dominant nature of the inheritance of the esterase isozymes makes them meaningful for quick and accessible investigation of the processes of biochemical adaptation to environmental changes. Such a type of markers, which is convenient for solution of practical problems of selection, can be used as a tool that can speed up and simplify the selection of the significant material. The aim of this study was to estimate the isoenzyme profile of esterases isolated from mature seeds, and to ascertain, using such a biochemical marker, the polymorphism among samples of promising breeding material of the hexaploid wheat (Triticum aestivum L.). Ripe seeds from following wheat cultivars were used as samples: Zlata, Lyubava, Agatha, Lisa (spring wheat) and Mera (winter wheat) (originated by Moscow Agricultural Research Institute «Nemchinovka», Moscow Province); lines AFI91 and AFI177 (spring wheat) and recombinant inbred lines of the mapping populations ITMI — 7, 10, 29, 32, 44, 47, 57, 83, 88, 89, and 115 (spring wheat) (originated by Agrophysical Research Institute — AFI, St. Petersburg). The seeds were ground in a porcelain mortar and the flour was sieved. The enzymes were extracted from the flour and subjected to vertical native electrophoresis using 4 % concentrating and 8 % separating polyacrylamide gels. Molecular weight markers were Page Ruler Prestained Protein Ladder «Thermo Scientific» (Lithuania). After electrophoresis, gels were treated with a reagent for a nonspecific esterase and scanned. Individual electrophoretic profile of each sample was estimated. Heterozygosity and its dispersion were calculated. The esterase complex in the wheat seeds studied was represented by 10 isoforms. From 9 to 10 isoforms of various electrophoretic mobility have been identified in cultivars Zlata, Lyubava, Agatha, Lisa and Mera, 7 isoforms were found in line AFI91, 8 isoforms — in AFI177, and from 7 to 10 isoforms — in ITMI lines. All samples were characterized by the presence of esterases isoforms Est-8, Est-9 and Est-10. Heterogeneity was only found in the qualitative and quantitative composition of esterases with a greater molecular weight — Est-1, Est-2, Est-3, Est-4, Est-5, Est-6, and Est-7. Each variety among eighteen varieties and lines had a genotype different from that in the other samples. The average heterozygosity (H) of samples within 10 loci encoding esterase isoforms was 0.924; the dispersion of heterozygosity for all the samples studied was Var(H) = 0.0004. As a result of the analyses, following most promising breeding parental forms are varieties Zlata and Mera, and lines AFI91, AFI177, ITMI7, ITMI44, ITMI83, and ITMI115. Because of the existence of ten isoforms in hexaploid wheat, the esterases might represent a convenient biochemical marker suitable for examination of samples of the hexaploid wheat at physiological, biochemical, and genetic levels.

Keywords: hexaploid soft wheat, mature seeds, isozymic analysis, esterase.

 

1Государственный университет Молдовы,
2009 Республика Молдова, г. Кишинев,
ул. Матеевич, 60;
2ФГБНУ Московский НИИСХ «Немчиновка»,
143026 Россия, Московская обл., Одинцовский р-н,
РП Новоивановское, ул. Калинина, 1;
3ФГБНУ Агрофизический НИИ,
195220 Россия, г. Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14,
4ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР),

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44,
e-mail: yu.chesnokov@vir.nw.ru

Поступила
в редакцию
9 января 2016 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало