Использование молекулярных маркеров в селекции. Белковые маркеры на протяжении последних десятилетий используются в селекционных программах для решения многих вопросов (табл. 1). Этому посвящено большое число отечественных и зарубежных публикаций [6,7]. В ВИРе проламиновые спектры, в частности, используются для отбора определенных генотипов (по соответствующим типам спектра) при селекции различных культур. Так в ходе селекции сорта озимой пшеницы «Тюменская ранняя» с помощью спектров глиадина формировался «желаемый» генотипный состав создаваемого сорта (НИИСХ Северного Зауралья).

Весьма наглядным является пример связи между белковой формулой генотипов у сортов озимой мягкой пшеницы и устойчивостью этих генотипов (сортов, имеющих данные генотипы) к низким температурам. Одним из основных свойств, которым должна обладать озимая мягкая пшеница является зимостойкость. Из характеристик, обуславливающих зимостойкость, наиболее изучена морозостойкость. Последняя контролируется многими генами, локализованными в разных хромосомах. Это, естественно, затрудняет исследование признака зимостойкости, его маркирование и соответствующую селекцию. По данным А.А.Созинова и сотрудников [7] сорта озимой пшеницы, в составе спектров глиадина которых присутствуют определенные блоки компонентов, обладают повышенной зимостойкостью. Согласно биохимической номенклатуре компонентов глиадина, разработанной в ВИРе это соответствует компонентам: г2щ78 (блок Gld 1A1), г1щ67 (блок Gld 1A2), г13щ5819 10 (блок Gld 1D5), 62467в1 (блок Gld 6A3) и 657в245 (блок Gld 6D2). Исследования были проведены на большом числе сортов озимых мягких пшениц (около 300) разных экологических групп (групп селекции) [36]. Морозостойкость растений определялась методом прямого промораживания в посевных ящиках. Дифференциирующими температурами были -15С и -18С. Действительно, большинство сортов с высокой и повышенной морозостойкостью характеризуется указанными выше блоками (группами) компонентов глиадина. Так на большом числе сортов показано, что наличие генотипа с компонентами 62467 и щБ^ 10 придает сорту повышенную морозостойкость (табл. 4) [36]. Дело, однако, усложняется в ходе анализа генотип-ного состава сортов. Как правило, не удается обеспечить 100% концентрацию выдающихся генотипов по одному признаку и селекционеры вынуждены «разбавлять» сорт другими генотипами, обеспечивающими другие характеристики, но, обладающими меньшей зимостойкостью. Особенно хорошо это заметно при анализе родословных некоторых наших отечественных сортов озимой мягкой пшеницы. В родословной озимых мягких пшениц одесской селекции на первом этапе присутствует морозостойкий сорт Гостианум 237 (группа морозостойкости 1). Выяснено, что если после последующих скрещиваний полученные сорта по проламиновым спектрам были близки к Гостианум 237 (в частности, по наличию и частоте встречаемости генотипов с компонентами 62467 и компонентами 8Х9 10 в щ-зоне), они также обладали хорошей морозостойкостью. Таким образом, спектры глиадина можно использовать для определения потенциальной морозостойкости сортов озимой мягкой пшницы в пределах определенных групп селекции. При этом необходимо знать белковую формулу генотипа (генотипов) морозостойкого сорта, который явился источником данного признака в ходе селекции. Это позволит вести контроль за включением его генетического материала во вновь создаваемые сорта.

В данном случае казалось бы речь идет об использовании простой маркерной системы для маркирования полигенного признака (морозостойкость). Но фактически маркируется не признак, а то что называется интегральным состоянием генома. Маркируется генотип вместе с его адаптивным генным комплексом. Поэтому упомянутый специфический спектр не является в строгом смысле маркером морозостойкости (хотя нельзя отрицать и адаптивного характера полиморфизма проламинов). Трактовать такого рода данные надо очень осторожно и применительно к конкретным маркерам и обстоятельствам.

В Вире за последние 20 лет проведены широкомасштабные исследования генофонда культурной и дикорастущей ржи по полиморфизму секалина. Наряду с идентификацией и паспортизацией мирового генофонда значительное внимание было уделено проблемам селекции. Фактически разработаны подходы к селекции ржи, сопровождаемой молекулярными маркерами [2,19,33].

Примером использования полиморфизма проламинов для сопровождения селекционного процесса является история создания сорта ржи Ильмень. Использование в селекции короткостебельных сортов донора короткостебельности ЕМ 1 для скрещивания с обычными высокорослыми сортами обычно завершается выделением и отбором короткостебельных растений. Этот процесс приводит к уменьшению уровня популяционного полиморфизма, что выражается в соответствующих характеристиках молекулярного полиморфизма [33]. Практическим следствием является снижение продуктивности, уровня адаптивности (снижается устойчивость к неблагоприятным факторам), ухудшаются другие хозяйственные признаки. Причины данных негативных явлений были объяснены на основе данных молекулярного анализа популяционного полиморфизма семейства сортов Малыш. На этом этапе селекции не удалось достигнуть оптимального уровня генетического полиморфизма, что отразилось на адаптивных свойствах популяции, а также на продуктивности сорта.

Оптимальный уровень полиморфизма был достигнут фактически менее жестким отбором после повторного скрещивания с Вяткой-2 (по данным молекулярного полиморфизма обогащение популяции проходило за счет редких генотипов). По мере возрастания внутрипопуляционно-го разнообразия увеличивалась и продуктивность у последующих вариантов сорта - Малыш 77-79 гг и особенно далее у сортов Россиянка и Ильмень.

Таким образом показано, что анализируя скрытую генетическую изменчивость можно не только контролировать состав популяций в ходе искусственного отбора, семеноводства, влияния среды и т.д., но и основываясь на основных положениях популяционной генетики вскрывать причины тех или иных явлений, ставить диагноз, указывать способы решения и предсказывать практически важные селекционные последствия для разных культур.

Белковые маркеры с успехом используются для определения гибридности семян (сортов) злаковых трав [2,19,24], свеклы [37], различных видов капусты и горчицы [20,38], подсолнечника [2,19,21], кукурузы [2,19,39] и многих других культур, а также для прогнозирования эффекта гетерозиса сорго по продуктивности [40,41].

Использование белковых маркеров в сортоиспытании. С конца 70-х годов белковые маркеры наряду с полевыми и лабораторными методами используются в системе Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур при министерстве сельского хозяйства СССР для установления оригинальности, однородности и константности сортов пшеницы, ячменя и овса [31,42]. Следует отметить, что одновременно с методикой электрофореза белков в полиакриламидном геле, разработанной в ВИРе, для идентификации сортов пшениц применялась методика электрофореза в крахмальном геле, предложенная А.А.Созиновым и его учениками [7,8,42]. Формулы проламинов, записанные на основе анализа семян соответствующего сорта, полученного от учреждения оригинатора, были включены в Государственный реестр сортов (введен с 1993 года), допущенных к использованию в производстве [43].