Генетические основы селекционного процесса

“Селекция – это не синоним генетики”
“Селекцию можно рассматривать как науку, как искусство и как определенную отрасль сельскохозяйственного производства”
Н.И. Вавилов
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Принятые селекционерами генетические положения:
понятие о наследственной и ненаследственной изменчивости;
понятие о гомозиготности и гетерозиготности;
доминирование и рецессивность признаков;
менделевские закономерности;
понятие о гетерозисе.
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Гипотезы гетерозиса:
Доминирования (Джонс, Пелью).
Сверхдоминирования (Ист, Шелл).
Компенсационного комплекса генов (Струнников).
Генетического баланса (Лернер, Матер).
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Проблема индивидуального отбора:
“Сверхчистую” линию получить трудно, т.к. селекционер может контролировать только незначительно большой набор очень важных генов.
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Биотипы сортов ячменя по способности подкислять среду в присутствии ионов калия
Зазерский 85
МК 5824
МК 9316
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Внутрисортовая гетерогенность сортов яровой мягкой пшеницы по запасным белкам (глиадины)
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Выделение гомозиготных линий ячменя, устойчивых к Heterodera filipjevi SSD-методом
S
R + RS
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Продуктивность линий ячменя, устойчивых к Heterodera filipjevi
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Схема получения сорта БИОС-1
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Электрофоретические спектры гордеина сортов БИОС-1 (А) и Московский - 3 (В)
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
Получение гаплоидов (метод андрогенеза, бульбозум-метод)
Микроклональное размножение
Сомаклональная изменчивость
Биотехнология
(культивирования клеток растений in vitro)

Основные механизмы сомаклональной изменчивости
Изменения числа хромосом.
Изменения морфологии хромосом.
Соматический кроссинговер.
Генные мутации.
Репрессия генов.
Дерепрессия генов.
Изменение метилирования ДНК.
Амплификация повторов ДНК.
Делеция повторов ДНК.
Транспозиции.
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
Размах сомаклональной изменчивости только в отдельных случах выходит за пределы данного конкретного вида растений (Кунах, 2004).

Поле деятельности генетиков растений в эпоху молекулярно-генетических методов
Познание растительных геномов.
Молекулярные маркерные системы и их эволюция.
Молекулярные карты с.-х. культур (методология).
Организация микросателлитных повторов и ретротранспозонов у культивируемых видов.
QTL-локусы и отдельные гены, определяющие устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам.
Селекционое улучшение растительных геномов.
Изменения генов и геномов растений при их окультуривании.
Распределение генов в растительном геноме.
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Генетические маркеры
Гены – маркеры.
Биохимические маркеры.
Молекулярные маркеры.
QTL – маркеры (Quantitative Trait Loci).
Родословные.
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Проблема центров происхождения культурных растений
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
Эфиопия.
Цифрами обозначены провинции: 1 - Эритрея,
2 - Бегемдер, 3 - Тигре,
4 - Годжам, 5 - Волло,
6 - Воллега, 7 - Шоа,
8 - Аруси, 9 - Харар,
10 - Илубабор, 11 - Каффа, 12 - Гаму-Гофа,
13 - Сидамо, 14 - Бале.
(А.А. Поморцев)

Приложимость биохимических маркеров к оценке сортовой чистоты
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
D-геном
В 1940 г. N. Pathak предположил, что диплоидный вид Ae. tauschii, имеющий D-геном, является донором мягкой пшеницы. В дальнейшем это подтвердилось.

Объекты исследований
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Проблема геномных перекомбинаций
Доза генома D и процент белка в эндосперме:
AABBD – 19,7%;
AABBDD – 16,2%;
AABBDDD – 9,4%
Для пшеницы свойственен определенный оптимум синтеза белков, который варьирует в определенном для данного вида диапозоне.
Идентично происходит процесс синтеза аминокислот в белке.
При становлении новых видов в процессе аллополиплоидизации сохраняется одинаковый баланс содержания белка и содержания аминокислот.
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Поражаемость мучнистой росой в полевых условиях
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Поражаемость мучнистой росой на фоне искусственного заражения
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
Гены-супрессоры

Triticum kiharae (AtAtGGDtDt)
x
Triticum timopheevii (AtAtGG)
Aegilops tauschii (DtDt)
Triticum kiharae (AtAtGGDtDt)
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Молекулярно-генетические методы в родовой и видовой систематике
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
Дендрограмма генетических различий 53 представителей 8 видов рода Capsicum , построенная с использованием метода UPGMA (TREECON, Nei and Li) на основе данных AFLP-анализа (Н. Рыжова).

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
Дендрограмма генетических различий представителей видов рода Capsicum, построенная по данным RAPD-анализа.

Сравнение уровней полиморфизма у аллополиплоидных видов Aegilops, имеющих D-геном, и родительских диплоидных видов
DN
D- Ae. tauschii
DN - Ae. ventricosa
N - Ae. uniaristata
D- Ae. tauschii
CD - Ae. cylindrica
C - Ae. caudata
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Анализ полиморфизма NBS-LRR семейства генов резистентности у видов Aegilops с D геномом CD C DXD, DXS, DXU DN D N
D геном - Ae. tauschii
DXD геном - Ae. crassa
DXS геном - Ae. vavilovii
DXU геном - Ae. juvenalis
DN геном - Ae. ventricosa
CD геном - Ae. cylindrica
C геном - Ae. caudata
N геном - Ae. uniaristata
RGA-спектры образцов полиплоидных видов с D геномом и родительских диплоидных видов
Использованные комбинации праймер/фермент: NBS3/MseI и NBS5A/MseI
Число полиморфных фрагментов 397
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОРТОВ ПШЕНИЦ

В сравнительно небольших объемах в различных странах возделываются сорта T.compactum Host., T.turgidum L. и T.spelta L.
T.compactum
T.turgidum
T.spelta
К началу ХХI в. несомненное первенство по занимаемым площадям принадлежит двум видам - мягкой пшенице (T.aestivum L.) и твердой пшенице (T.durum Desf.).
T. aestivum
T.durum
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Распределение генов некроза среди яровых и озимых мягких пшениц бывшего СССР
Яровая пшеница
Озимая пшеница
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

По сортам России:
из 16 аллелей стародавних сортов до нашего времени дошло 10,
появилось 14 новых аллелей.
По сортам Италии:
из 20 идентифицированных аллелей стародавних сортов утеряно 3 аллеля,
появилось 3 новых аллеля.
По сортам Франции:
утеряно 6 аллелей,
появилось 15 новых аллелей
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
Полиморфизм по аллелям глиадинов

Мониторинг генетической дивергенции сортов мягкой пшеницы на основе анализа родословных
Доля сортов озимой пшеницы (%), находящихся в родстве, по десятилетним периодам
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Генетическое разнообразие допущенных к использованию сортов мягкой озимой пшеницы по регионам выращивания
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Дендрограмма кластеризации коэффициентов родства 13 сортов озимой мягкой пшеницы, районированных в Центральном регионе
1-Безенчукская 380; 2-Заря; 3-Звезда; 4-Имени Рапопорта; 5-Инна; 6-Мироновская 808; 7-Московская 39; 8-Московская 70; 9-Московская низкостебельная; 10-Немчиновская 52; 11-Памяти Федина; 12-Янтарная 50; 13-Суздальская 2.
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Коэффициенты родства в различных группах качества
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН
QTL-локусы и генетика количественных признаков
Генетические эффекты QTL-локусов:
доминирование;
сверхдоминирование;
отсутствие доминирования;
аддитивные эффекты.

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Приобретенный иммунитет и вакцинация растений
Вакцинные штаммы:
V69 к ВТМ;
ВИРОГ63 к ВЗКМО
Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН

Лаборатория генетики растений ИОГен им. Н.И. Вавилова РАН