Обсуждаются основные направления и перспективы использования белковых и ДНК-маркеров в решении прикладных и теоретических проблем генетических ресурсов растений, селекции, сортоиспытания, семеноводства и семенного контроля. Рассмотрены конкретные примеры практического использования белковых и ДНК-маркеров для решения важнейших проблем прикладной ботаники, генетики и селекции.

Мировые генетические ресурсы растений рассматриваются во всем мире как основной источник улучшения сельскохозяйственных культур на ближайшие десятилетия. Создание источников и доноров селекционно важных признаков, т.е. организация предселекционной работы, в большинстве случаев базируется на мировых генетических ресурсах или коллекциях культивируемых растений и их диких сородичей. Раскрытие потенциала генетических ресурсов по основным биологическим и селекционным признакам обеспечивает генетическую базу для реализации селекционных программ различных направлений. В целом же предселекционная работа включает все этапы работы с генофондом от сбора, поддержания и изучения до правовых аспектов авторства на доноры и источники ценных признаков. Чтобы служить эффективной базой для улучшения культур, сохраняемое в центрах генетических ресурсов растений (ГРР) и генных банках генетическое разнообразие должно быть не только тщательно и всесторонне изучено. Сами коллекции должны быть рационально организованы. Строго говоря, каждый образец коллекции должен быть идентифицирован и паспортизирован. Сохранение генетической целостности образцов также входит в разряд принципиальных проблем. Речь идет о сохранении не только образца как такового, но с его ценными свойствами, в частности адаптивными и др. признаками.

Во Всероссийском НИИ растениеводства им. Н.И.Вавилова (ВИР) познание генетического разнообразия культурных растений и их дикорастущих сородичей традиционно осуществляется с использованием комплекса методических подходов на базе тесного взаимодействия кураторов культур и специалистов методических отделов [1,2]. Принципиальное преимущество такой системы оценки исходного материала для селекции в возможности достаточно глубокого и всестороннего изучения максимального разнообразия культуры. В эффективности познания генофонда решающая роль принадлежит методам исследования.

С момента своего основания ВИР являлся методологическим и методическим центром в области фундаментальных и прикладных проблем растениеводства. Эта роль вытекает из его структуры и основных задач. Наличие мирового генофонда по большинству ведущих культур создает благоприятные условия для развития методологий, подходов и, как следствие, методов исследований генофонда - исходного и селекционного материала. Практически это было реализовано в развитии методов генетики, иммунологии, физиологии, биохимии, технологической оценки применительно к проблемам исходного и селекционного материала[1]. Именно по такой логике закладывались и развивались в ВИРе молекулярно-биологические исследования. В основу всех методических подходов также положен охват всего доступного генетического разнообразия культуры, включая дикорастущих сородичей [3,4].

Развиваемые в ВИРе молекулярно-биологические исследования ориентированы на решение теоретических и прикладных проблем интродукции, изучения, хранения, воспроизведения, идентификации и регистрации и паспортизации генетических ресурсов растений. Особое внимание уделяется разработке эффективных методов для использования в сортоиспытании, селекции, семеноводстве и семенном контроле (Табл. 1).

Таблица 1.

Использование белковых и ДНК-маркеров (молекулярных маркеров - ММ) на различных этапах работы с генетическими ресурсами растений (ГРР) и с селекционным материалом

I. Интродукция ГРР.

Поиск с использованием ММ нового разнообразия для привлечения в коллекцию. Использование ММ для контроля процесса включения в коллекцию нового образца (для предотвращения дублирования).

II. Структура коллекции

Выяснение с использованием ММ внутривидовых связей и межвидовых отношений:

а) использование полиморфизма белков и ДНК для анализа внутривидовых связей;

б) анализ родства видов и геномов с использованием белковых и ДНК-маркеров.

III. Технологии создания коллекций

Использование ММ для идентификации и регистрации ГР важнейших культур, создания каталогов формул и баз данных по молекулярным маркерам, для выявления ошибок в определении образцов коллекции, для поиска дублетных образцов, при формировании стержневых коллекций, для контроля стабильности форм при создании коллекций in vitro.

IV. Сохранение ГРР ex situ

Использование ММ для контроля за генетической целостностью образцов при их репродукции и разных способах хранения.

V. Охрана авторских прав ВИР на источники, доноры, формы из генетических коллекций Идентификация и регистрация с использованием ММ источников и доноров ценных признаков, образцов генетических коллекций.

Использование ММ в решении спорных вопросов авторства - участия того или иного исходного материала в создании новых форм растений.

VI. Использование молекулярных маркеров в селекции Поиск и отбор ценных генотипов по белковому фенотипу. Контроль за включением желаемых генотипов в процессе селекции. Контроль за динамикой популяционного (генотипного состава).

Определение гибридности семян, предсказание скрещиваемости, предсказание степени гетерозиса, прочие задачи селекции.

VII. Использование ММ в сортоиспытании

Регистрация и документация районированных и снятых с районирования сортов в виде белковых формул; создание баз данных сортов по белковым формулам. Определение происхождения и оригинальности сорта. Определение однородности и стабильности сорта (генетическая целостность сорта).

VIII. Использование ММ в семеноводстве и семенном контроле Проверка типичности при отборе лучших растений в первичном семеноводстве. Выяснение природы нетипичных растений.

Контроль за спонтанным переопылением или засорением.

Контроль за генетической целостностью (за генотипным составом в процессе семеноводства, процентом гибридности и т.п.).

Молекулярное маркирование основано на полиморфизме, найденном в белках и нуклеиновых кислотах. Перед тем, как маркер может использоваться для решения каких-либо конкретных задач, корректность его использования должна быть аргументирована с генетических и биохимических позиций [4-6]. Солидное генетическое обоснование использованию проламинов как генетических маркеров было дано в работах академика А.А.Созинова и его школы (7-9). Как нет идеальных молекулярных маркеров, так и последние не являются инструментами, использование которых в изоляции от других подходов, обеспечат успех в решении той или иной проблемы.

В работе с ГРР, а равно и в решении проблем селекции и семеноводства, где анализируются и сравниваются множества объектов, одним из важных аспектов в оценке эффективности ММ и маркерных техник является воспроизводимость результатов и повторяемость опытов, т.е. возможность стандартизации метода. Так многие изоферментные системы обладают крайне нежелательной для маркеров онтогенетической, тканевой либо органной специфичностью, а также изменчивостью в зависимости от температуры и кислотности среды, режима питания и т.п. Это сильно снижает значимость изоферментов как генетических маркеров, особенно если ставится задача разработки стандартных и арбитражных методов [2,4].