ДНК МАРКЕРЫ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДСОЛНЕЧНИКА К РЖАВЧИНЕ

ВВЕДЕНИЕ
На протяжении долгого времени в селекции сельскохозяйственных культур использовались фенотипические маркеры (признаки). Они могли проявляться на различных этапах развития растений, проявляться визуально или в результате биохимических исследований. Проведение таких работ требует значительных затрат труда и времени. Селекционный процесс затягивался на 10-15 лет.
Для сравнения следует отметить, что средняя продолжительность селекционных схем, основанных на классических методах гибридизации и отбора растений, для однолетних культур около 10, а для двулетних - до 20 лет.
Прогресс молекулярной генетики дал толчок к развитию различных типов ДНК-маркеров, основанных на анализе полиморфизма нуклеотидной последовательности ДНК. Их использование коренным образом изменило методы оценки генетического разнообразия, паспортизации и классификации сортов растений и штаммов грибов, картирования и определения физической природы генов, интрогрессии новых генов и генетического мониторинга в селекции и генетике сельскохозяйственных растений (Мухина, 2012).
Молекулярно-генетическое маркирование представляет собой группу аналитических методов, позволяющих охарактеризовать тот или иной организм на молекулярном уровне - на уровне ДНК. В основе этих методов лежат знания о структуре и функциях нуклеиновых кислот и механизмах реализации, закодированной в них генетической информации. По сравнению с фенотипическими и белковыми маркерами молекулярные ДНК-маркеры затрагивают саму основу всех процессов происходящих в живых организмах. В целом, молекулярно-генетическое маркирование заключается в выявлении специфических последовательностей ДНК, способных охарактеризовать организм: 1) как набор отдельных генов, отвечающих за те или иные признаки; 2) как целостную генетическую структуру, отличающуюся от других на молекулярном уровне. Использование подобных маркерных последовательностей имеет большие перспективы связанных с изучением генетических ресурсов организмов и их использованием (Шевелуха, 2001).
Селекция сельскохозяйственных культур на устойчивость к болезням и вредителям связана с созданием инфекционных фонов, долгой работой по оценке растений на устойчивость к патогену. К тому же, как правило, провести полноценную оценку на устойчивость возможно лишь по прошествии практически всего периода вегетации растения. Использование молекулярных маркеров в селекции на устойчивость к заболеваниям позволит проводить оценку селекционного материала на ранних этапах развития растений. Таким образом, будет возможно выбраковать неустойчивые растения, а, следовательно, сократить объем работ по созданию инфекционного фона и проводить дальнейшую работу и оценку уровня устойчивости только у растений, которые были отобраны по молекулярным маркерам.
Подсолнечник является основной масличной культурой в нашей стране, поэтому развитие технологий возделывания и интенсификация селекционного процесса данной культуры являются приоритетными областями сельского хозяйства.
Значительные потери урожая подсолнечника связаны с поражением данной культуры различными заболеваниями. В частности, поражение подсолнечника ржавчиной в разные годы вызывает потери урожая до 35 % (Вавилов, 1986)
Особенности строения генов устойчивости к заболеваниям позволяют проводить их молекулярное маркирование и интенсифицировать селекцию на устойчивость.
В связи с актуальностью проблемы была поставлена цель определить информативные ДНК-маркеры генов устойчивости подсолнечника к ржавчине, возбудителем которого является гриб Puccinia helianthi Schw.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
РЕФЕРАТ 2
ОГЛАВЛЕНИЕ……………………………………………………………………3
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Биология подсолнечника. 8
1.1.1 Систематическое положение рода Helianthus. 8
1.1.2.Происхождение и история культуры. 8
1.1.3 Биологическая характеристика Helianthus. 9
1.2 Ржавчина подсолнечника. 11
1.3 Селекция подсолнечника на устойчивость к болезням. Источники генов устойчивости. 14
1.4 Устойчивость на генетическом уровне. 15
1.4.1 Гены устойчивости. 15
1.4.2 Механизмы устойчивости. 17
1.4.3 Структура и функции протеинов, кодируемых генами устойчивости. 21
1.4.4 Структура домена LRR. 22
1.4.5 Функции домена LRR. 24
1.4.6 Использование аналогов генов устойчивости (RGAs) класса NBS- LRR для разработки молекулярных маркеров генов устойчивости. 24
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. 28
2.1 Материалы исследования. 28
2.2 Методы исследования. 31
2.2.1 Экстракция(выделение) ДНК. 31
2.2.2 Полимеразная цепная реакция. 31
2.2.3 Электрофорез продуктов амплификации ДНК. 32
2.2.4 Учет результатов амплификации геномной ДНК. 33
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. 35
3.1 Генотипирование растений подсолнечника с различной устойчивостью к ржавчине… 35
3.2 Характеристика гибридных растений. 40
3.3 Генотипирование гибридных растений подсолнечника к ржавчине. 44
ВЫВОДЫ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 48

бакалавриат дипломная работа. защищена на 5.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Анисимова И.Н., Гаврилова В.А. Теоритические и прикладные аспекты отдалённой гибридизации у подсолнечника // Сел.-хоз-ая биол.- 2012. - вып. 5.
2. Антонова Т. С. Селекция подсолнечника на иммунитет // История научных исследований во ВНИИМКе за 90 лет (2-ое изд.). – Краснодар, 2003. – С. 253-272.
3. Антонова Т.С. Особенности оценки и отбора селекционного материала на устойчивость к основным патогенам в зависимости от защитных реакций подсолнечника: Автореф. дисс… доктора биол. наук.– Краснодар.–1999.–51с.
4. Бородин С.Г. Селекция сортов подсолнечника во ВНИИМК 2011г. - URL:http://vniimk.ru/files/text/Books/46ab2da6239621b553eb73836d6de21a.pdf (дата обращения 5.05.2015г.).
5. В.С. Шевелуха, Г.И. Карлов. // Бюллетень информационно-консультационной службы московской области.- 2001.- Вып. 2-й
6. Вавилов Н.И. Избранные сочинения. - М.: Колос, 1966. - 520 с.
7. Вавилов П.П., Гриценко В.В., Кузнецов В.С. и др. / под ред. Вавилова П.П. «Растениеводство». - М.: Агропромиздат, 1986. -512 с.
8. Коновалов Ю.Б., Долгодворова, Л.И., Степанова Л.В. и др.; под ред. Коновалова Ю.Б. «Частная селекция полевых культур».- М.: Агропромиздат, 1990. -543 с.
9. Маркин Н.В. Анализ полиморфизма хлоропластной ДНК культурного и дикорастущего Helianthus petiolaris L.// Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных.- 2011.-Вып.2.- С. 148-149.
10. Мухина Ж.М. Эффективность методов молекулярного маркирования в селекции, семеноводстве сельскохозяйственных культур и для изучения биоразнообразия растительных ресурсов: Автореферат… Краснодар, 2012 // Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт риса Россельхозакадемии в 2000 -2011 гг.
11. Попов В. Н., Кириченко В. В. Мужская стерильность подсолнечника. Теоритические и прикладные аспекты. // Вісник харківського національного аграрного університету, серія біологія.- 2007.- Вып. 2.- С. 18-33.
12. Ржавчина – подсолнечник. URL: http://rupest.ru/opisanie/podsolnechnik/rzhavchina/bolezn-696.html (Дата обращения 13.05.2016г.)
13. Стрелецкая Г. Продуктивность сортов подсолнечника в зависимости от способов и норм посева в условиях Новоузенского района Саратовской области. 2009. - URL: http://www.bestreferat.ru/referat-160065.html (дата обращения 5.05.2015г.)
14. Челюстникова Т.А. Полиморфизм микросателлитных локусов в генотипах культурного и дикорастущего подсолнечника. // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных.- 2008. -Вып.2. С. 139.
15. Bent A.F. “Plant disease resistance genes – function meets structure”. Plant //Cell.-1996.- V.8.-P. 1757-1771.
16. Bert P.-F., Jouan I., Tourvieille de Labrouhe D., Serre F., Nicolas P., Vear
F. “Comparative genetic analysis of quantative traits in sunflower (Helianthus annuus L.) 1. QTL involved in resistance to Sclerotinia sclerotiorum and Diaporthe helianthi”//Theor. Appl. Genet.- 2002.-V. 993.-P.105:985.
17. Bisseling T. and Stiekema W.J. (eds) Biology of Plant-Microbe Interactions.- 1999.-Vol. 2.- P. 35-39.- De 0-9654625-1-X.
18. Bouzidi M.F., Badaoui S., Cambon F., Vear F., Tourvielle De Labrouhe D., Nicolas P., Mouzeyar S. “Molecular analysis of a major locus for resistance to downy mildew in sunflower with specific PCR-based markers”// Theor Appl Genet.- 2002.-V.104.-P. 592-600.
19. Brahm L., Rocher T., Friedt W. “PCR-based markers facilitating marker assisted selection in sunflower for resistance to downy mildew”// Crop Sci.- 2000.-V.40.-P. 676-682,.
20. Braun C.J. Siedow J.N. Williams M.E. Levings C.S.D. “Mutations in the maize mitochondrial T-urf13 gene eliminate sensitivity to a fungal pathotoxin”. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 4435-4439, 1989.
21. Brosch G., Ransom R., Lechner T., Walton J.D., Loidl P. “Inhibition of maize histone deacetylases by HC toxin, the host-selective toxin of Cochliobolus carbonum”// Plant Cell.- 1995.-V.7.-P. 1941-1950.
22. Brotman Y., Silberstein L., Kovalski I., Perin C., Dogimont C., Pitrat M., Klingler J., Thompson G.A., Perl-Treves R. “Resistance gene homologues
23. Bryan C.T., Jia Y., Farral K.S., Hershey H.P., McAdams S.A., Faulk K.N., Donaldson G.K., Tarchini R., Valent B. “Molecular characterization of resistance gene/avirulence gene interactions in the rice blast system”. 9th International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions, Amsterdam. In: Wit PJGM
24. Buschges R., Hollricher K., Panstruga R., Simons G., Wolter M., Frijters A., van Daelen R., van der Lee T., Diergaarde P., Groenendijk J., Topsch S., Vos P., Salamini F, Schulze-Lefert P. “The barley Mlo gene: a novel control element of plant pathogen resistance”// Cell.- 1997.-V. 88.-P. 695-705,
25. de Romano AB, Va zquez AN «Origin of the Argentine sunflower varieties.» //Helia.- 2003.-V.26.-P. 127–136.
26. Deng Z., Huang S., Ling P., Chen C., Yu C., Weber C.A., Moore G.A., Gmitter Jr. F.G. “Cloning and characterization of NBS-LRR class resistance-gene candidates sequences in citrus”// Theor Appl Genet.- 2000.-V. 101.-P. 814- 822.
27. Dixon M.S., Jones D.A., Keddie J.S., Thomas C.M., Harrison K., Jones J.D.G. “ The tomato Cf-2 disease resistance locus comprises two functional genes encoding leucine-rich repeat proteins”//Cell.- 1996.-Vol. 84.-P. 451-459.
28. Donald T.M., Pellerone F., Adam-Blondon A.-F., Bouquet A., Thomas M.R., Dry I.B. “Identification of resistance gene analogs linked to a powdery mildew resistance locus in grapevine”// Theor Appl Genet.- 2002.-V. 104.-P. 610-618.
29. Dozet B.,Lacok N., Jeromela M. Use of wild Helianthus species in sunflower breeding to resistance to Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary and Diaporthe /Phomopsis helianthi Munt// Cvet. et al.: Proc.of the EUCARPIA Symp.–Ukraine?1996.–P.65–69.
30. Ellis J., Lawrence G., Ayliffe M., Anderson P., Collins N., Finnegan J., Frost D., Luck J., Pryor T. “Advances in the molecular genetic analysis of the flax-rust interactions”// Annu Rev Phytopathol.- 1997.-V35.-P. 271-291.
F. “Comparative genetic analysis of quantative traits in sunflower (Helianthus annuus L.) 1. QTL involved in resistance to Sclerotinia sclerotiorum and Diaporthe helianthi”//Theor. Appl. Genet.- 2002.-V. 105.-P. 985- 993.
31. Fadil T., W. Naffaa, Y. Martinez and G. Dechamp-Guillaume. Mode of Penetration by Phoma macdonaldii in Susceptible and Tolerant Sunflower Genotypes // Plant Protection. − 2011. – N 29. – Р. 131–138.
32. Feys B.J., Parker J.E. “Interplay of a signaling pathways in plant disease resistance”// TIG.- 2000.--Vol. 16
33. Fields S. and Song O. “A novel genetic system to detect protein-protein interactions”// Nature.- 1989.-V. 340.-P. 245-246.
34. Fluhr Robert “Sentinels of Disease. Plant Resistance Genes”// Plant Physiology.- 2001.- Vol. 127.-P 1367-1374.
35. Gong L., Hulke B. S., Gulya T. J., Markell S. G., Qi L. L. « Molecular tagging of a novel rust resistance gene R12 in sunflower (Helianthus annuus L.)» //Theor Appl Genet.- 2013.-V.126.-P.93–99.
36. Groom Q.J., Torres M.A. Fordham-Skelton A.P., Hammond-Kosack K.E., Robinson N.J., Jones J.D.G. “rbohA, a rice homologue of the mammalian gp91phox respiratory burst oxidase gene”// Plant J.- 1996.-V.10.-P.515-522.
37. Hayes A.J., Yue Y.G., Saghai Maroof M.A. “Expression of two soybean resistance gene candidates shows divergence of paralogous single-copy genes”// Theor Appl Genet.- 2000.-V.101.-P. 789-795.
in melon are linked to genetic loci conferring disease pest resistance” //Theor Appl Genet.- 2002.-V.104.-P.1055-1063.
38. Johal G.S. and Briggs S.P. “Reductase activity encoded by the HM1 disease resistance gene in maize”//Science .- 1992.-V.258.-P. 985-987.
39. Kanazin V., Marek L.F., Shoemaker R.C. “Resistance gene analogs are conserved and clustered in soybean”// Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1996.-V. 93.-P. 11746- 11750.
40. Kataoka T., Broek D., Wigler M. “DNA sequence and characterization of the S. cerevisiae gene encoding adenylate cyclase”// Cell.- 1985.-V.43.-P. 493-505.
41. Knogge W. “Fungal infection of plants”//Plant Cell .- 1996.-V.8.-P. 1711-1722.
42. Kobe B., Deisenhofer J. “The leucine-rich repeat: a versatile binding motif”// Trends Biochem. Sci. -1994.-V. 19.- P. 415-421.
43. Kumar S., Colussi P.A. “Prodomains-adaptors-oligomerization: the pursuit of caspase activation in apoptosis”//Trends Biochem Sci .- 1999.-V.24.- P. 1-4.
44. Lawson W.R., Goulter K.C., Henry R.J., Kong G.A., Kochman J.K. “Marker-assisted selection for two rust resistance genes in sunflower”// Molecular Breeding.- 1998.-V.4.-P. 227-234.
45. Leister D., Ballvora A., Salamini F., Gebhardt C. “A PCR-based approach for isolating pathogen resistance genes from potato with potential for wide application in plants”//Nature Genet.- 1996.-V.14.-P. 421-429.
46. Leister D., Kurth J., Laurie D.A., Yano M., Sasaki T., Devos K., Garner A., Schulze-Lefert P. “Rapid reorganization of resistance gene homologues in cereal genomes”//Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1998.-Vol. 95.-P. 370-375.
47. Pierre de Wit J.G.M., Lauge R., Honee G., Joosten M.H.A.J., Vossen P., Kooman-Gersmann M., Vogelsang R., Vervoort J.J.M. “Molecular and biochemical basis of the interactions between tomato and its fungal pathogen Cladosporium fulvum”//Antonie van Leeuwenhoek.- 1997.-V.71.-P. 137-141.
48. Qi L. L., Hulke B. S., Vick B. A., Gulya T. J. «Molecular mapping of the rust resistance gene R4 to a large NBS-LRR cluster on linkage group 13 of sunflower»//Theor Appl Genet. -2011.-V.123.-P. 351–358.
49. Qi LL, Gulya TJ, Seiler GJ, Hulke BS, Vick BA «Identification of resistance to new virulent races of rust in sunflowers and validation of DNA markers in the gene pool.» //Phytopathology.- 2011.-V.101.-P. 241–249.
50. Rodriguez M.A., Venedikian N., Godeas A. “Fungal populations on sunflower (Helianthus annuus) anthosphere their relation to susceptibility or tolerance to Sclerotinia sclerotiorum attack”//Mycopathologia.- 2000.-V.150.-P. 143-150.
51. Takken L.W., Frank and Joosten H.A., J. Matthieu “Plant resistance genes: their structure, function and evolution”// European Juornal of Plant Pathology.- 2000.-V.106.-P. 699-713.
52. Tanhuanpaa P., Vilkki J. “Tagging of a locus for resistance to Albugo Candida in Brassica rapa spp. oleifera”. Proceedings of the 10th International Rapeseed Congress, Canberra, Australia, 1999.
53. Wolter M., Hollricher K., Salamini F., Schulze-Lefert P. “The mlo resistance alleles to powdery mildew infection in barley trigger a developmentally controlled defense mimic phenotype”//Mol. Gen. Genet.- 1993.-V.239.-P. 122-128.
54. Yu Y.G., Buss G.R., Saghai-Maroof M.A. “Isolation of a superfamily of candidate disease-resistance genes in soybean based on a conserved nucleotide-binding site”// Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1996.-Vol. 93.-P. 11751- 11756.