Поиск источников устойчивости к пирикуляриозу риса с помощью молекулярных маркеров с целью использования их в селекции риса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.05, кандидат биологических наук Волкова, Светлана Андреевна

• Волкова, Светлана Андреевна
• кандидат биологических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Волкова, Светлана Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Маркеры в генетике и селекции растений

1.1.1. Молекулярно-генетические маркеры

1.1.2. Понятие полимеразной цепной реакции

1.1.3. Типы ДНК-маркеров

1.2. Иммунитет растений

1.3. Изучение биоразнообразия возбудителя пирикуляриоза (Magnoporthe grísea)

1.4. Молекулярный полиморфизм Pi-ta гена устойчивости к пирикуляриозу

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Создание внутригенного маркера к гену устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta.

2.2. Изучение биоразнообразия изолятов Magnoporthe grísea (Herbert) Barr государственной российской коллекции патогена на основе полиморфизма микросателлитных локусов.

2.3. Статистическая обработка данных

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1.Создание внутригенного ДНК маркера для гена устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta

3.2. Поиск источников гена устойчивости Pi-ta среди сортов и сортообразцов коллекции исходного материала ВНИИ риса при помощи маркерной системы ARRRIpi-taR/pi-taL

3.3. Изучение биоразнообразия изолятов Magnoporthe grísea (Herbert) Barr государственной российской коллекции патогена на основе молекулярно-генетического подхода

4. ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Поиск источников устойчивости к пирикуляриозу риса с помощью молекулярных маркеров с целью использования их в селекции риса»

Рис - одна из важнейших зерновых культур. Его зерном питается почти половина человечества. Среди факторов, лимитирующих урожай риса, ведущее место занимают болезни и вредители. Несмотря на мощное развитие в настоящее время агрохимической индустрии, возможности ее далеко не беспредельны. Причем использование химических средств защиты растений приводит к химическому загрязнению окружающей среды (в частности загрязнению фунгицидами). Скученность и однотипность возделываемых растений агробиоценоза привело к возникновению новых и весьма благоприятных условий для питания, размножения и специализации в процессе филогенеза видов фитопатогенов и, в конечном счете к значительным изменениям в составе вредоносных грибковых болезней сельскохозяйственных культур [1; 9]

Грибы - неотъемлемая часть биосферы нашей планеты и важный объект народно-хозяйственного значения. С одной стороны грибы используются в пищу человеком и для изготовления лекарственных препаратов, а с другой стороны являются возбудителями заболеваний человека, причиной аллергических реакций, потенциальными биологическими ядами. Но наиболее значимы грибы как фитопатогены. Грибы вызывают более десяти тысяч различных заболеваний растений, что приводит большим потерям, около 20-30%, урожая сельскохозяйственных культур [116, 7]

Настоящее требует более тонкого и бережного подхода к использованию природных ресурсов, в том числе и в земледелии. В данных условиях в соответствии с закономерностями развития агроэкосистем должны измениться стратегия и тактика не только защиты растений, но и всей растениеводческой практики.

Применение устойчивых сортов - наиболее надёжный метод борьбы с большинством болезней растений, в том числе и с пирикуляриозом риса По словам одного из создателей отечественной фитоиммунологии Шапиро И.Д., «потребность в сортах, иммунных к фитопатогенам, на протяжении научно-технического прогресса в сельском хозяйстве будет увеличиваться. Причем в особенности возрастет значение таких сортов при переходе от интегрированной защиты растений к управлению агробиоценозами» [48,49]

Генетическое разнообразие, природное или созданное человеком, является основой для выведения новых сортов сельскохозяйственных культур, в том числе и риса. Маркеры - распознаваемые фенотипические проявления генов - удобно использовать для отбора растений, несущих гены устойчивости к интересующему селекционера заболеванию, и отслеживания этих признаков в процессе селекции и в семеноводстве. Первоначально в этих целях применялись морфологические маркерные признаки (особенности формы, окраски). Количество их ограничено, к тому же полигенная структура многих агнономически ценных признаков растений значительно усложняет генетическое картирование агрономически важных генов и контроля над переносом этих генов в новые формы растений развитие методов молекулярной биологии привело к появлению нового класса молекулярно-генетических маркеров — фрагментов ДНК, соответствующих нуклеотидным последовательностям и входящих непосредственно в структуру целевого гена или сцепленными с этим геном [44]. Маркерная селекция значительно упрощает процесс отбора растений с интересующим селекционера геном [25; 26].

Исходя из вышесказанного, использование ДНК-маркеров 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 риса и его патогенов.

Актуальность проблемы. Пирикуляриоз - одно из наиболее вредоносных заболеваний риса, вызываемое возбудителем Ма%парог1Ъе grísea (Herbert). Действенная и экологически безопасная стратегия борьбы с этим заболеванием - выведение устойчивых сортов, что является одним из важных направлений в селекции риса [12].

В селекции устойчивых к пирикуляриозу сортов риса перед селекционером становятся две проблемы: выбор подходящих генов устойчивости и прогноз стабильности устойчивости сорта с этой комбинацией генов. Вот почему необходим простой, но эффективный метод анализа генов устойчивости к этому заболеванию, учитывая, что многие сорта, вовлекаемые в скрещивания, содержат несколько генов устойчивости и многие селекционные линии поддерживаются долгое время. Гены вертикальной устойчивости могут быть выявлены из анализа реакции сорта на инокуляцию моноизолятами Magnoporthe grísea (Herbert) Barr с известными генами авирулентности. Но такой классический фитопатологический тест требует затраты времени и значительных материальных средств. Также важным лимитирующим фактором является нестабильность генов авирулентности возбудителя пирикуляриоза риса и перекрывание спектра расоспецифической устойчивости [24].

Маркирование генов устойчивости к патогену позволяет быстро и эффективно проводить пирамидирование генов в генотипе сорта.

Необходимо также помнить, что неотъемлемой составляющей управления комплексом защитных мер против грибковых заболеваний растений является изучение самого патогена. В свете современного развития молекулярно-биологических подходов, появилась возможность исследования генетического разнообразия молекулярно-генетическими методами.

Цель и задачи исследований. Целью работы являлась разработка эффективного метода идентификации генов устойчивости риса к биотическим стрессам (пирикуляриозу) в селекционных программах, ориентированных на создание устойчивых к пирикуляриозу сортов, основанных на полиморфизме ДНК-маркеров, а также изучение биоразнообразия возбудителя пирикуляриоза риса (Magnoporthe grísea

Herbert) Barr) молекулярно-генетическими методами. В связи с этим в ходе исследований были поставлены следующие задачи:

1. Разработать ДНК-маркерную систему для выявления гена устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta.

2. Провести поиск доноров устойчивости к гену AVRPi-ta коллекции ВНИИ риса с использованием сконструированного молекулярного маркера ARRRIpi-taR/pi-taL.

3. Провести «ДНК-паспортизацию» образцов Российской Государственной коллекции изолятов возбудителя пирикуляриоза риса с помощью микросателлитных маркеров.

4. На основании данных микросателлитного анализа сгруппировать изоляты в соответствии со степенью генетического родства.

Научная новизна исследований. В настоящей работе впервые:

- создан ДНК-маркер ARRRIpi-taR/pi-taL на основе полимеразной цепной реакции, позволяющий идентифицировать ген устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta

- проведен скрининг коллекции образцов исходного материала ВНИИ риса на наличие расоспецифического гена устойчивости к пирикуляриозу Pita, на основе его ДНК-полиморфизм. проведена «ДНК-паспортицазция» образцов Российской Государственной коллекции изолятов возбудителя пирикуляриоза риса с помощью микросателлитных маркеров.

- отобраны наиболее полиморфные маркеры, необходимые для оценки генетического родства штаммов возбудителя пирикуляриоза риса.

Научно-практическая ценность работы.

Создан внутригенный ДНК-маркер, необходимый для обнаружения гена устойчивости к пирикуляриозу Pi-ta, и ведения маркерной селекции на устойчивость к пирикуляриозу.

Показана возможность использования полиморфизма микросателлитных локусов для ранжировки изолятов Pyricularia grísea Sacc. согласно генетическому родству и их географическому происхождению.

Степень генетического полиморфизма между изученными изолятами Magnoporthe grísea (Herbert) Barr, выявленная по данным микросателлитного анализа, говорит о возможности их использования для создания генетических «отпечатков».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Создание внутригенного доминантного ДНК-маркера к гену устойчивости к пирикуляриозу риса Pi-ta.

2. Скрининг образцов коллекции исходного материала ВНИИ риса на наличие гена Pi-ta.

3. «ДНК-паспортизация» образцов Российской коллекции возбудителя пирикуляриоза, держателем которой является ВНИИ фитопатологии.

Апробация работы. V региональная научно-практическая конференция молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» 1819 декабря 2003г., г. Краснодар (ул. Калинина, 13)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, изложения и обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 115 страницах, содержит 12 таблиц и 23 рисунков.