В настоящее время Россия обеспечивает экономику страны всего на 20 % отечественной соей, хотя ее мировое производство увеличивается высокими темпами. Основным производителем сои в стране была и остается Амурская область, где расположен единственный в стране Всероссийский научно-исследовательский институт сои, который осуществляет научное обеспечение соеводства.
Повышение эффективности селекционной работы во многом зависит от того, насколько полно оценен генотип и изучена структура селекционных линий для совершенствования отбора. Изучение генетики и биохимии сои повысит качество селекционных исследований. Для этого необходимо внедрить в селекционную практику быстрые и надежные методы исследования, отвечающие современным требованиям [1].
Значительное повышение эффективности селекционных работ и сокращение сроков создания сортов может быть достигнуто на основе использования нового типа полиморфных маркеров - белковых систем, в том числе ферментов [2].
В настоящее время достаточно подробно изучены изоферменты пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, свеклы, льна, сосны и других растений. Изучение полиморфизма белков сои за рубежом началось более полувека назад и отражает в основном генетико-биохимическое направление изучения изозимов сои [3].
Однако у сои сведения о генетическом контроле большинства белков, особенно ферментов, крайне ограничены.
В связи с этим, целью исследований стало изучение электрофоретических спектров ферментов основных метаболических путей в семенах районированных сортов сои.
Объектом исследования служили семена восьми сортов сои (Glycine max L.), различающихся по скороспелости и происхождению (скороспелые: Закат, Смена, Соната Амурской селекции, Соер-4 Саратовской селекции и среднеспелые: ВНИИС-1, Октябрь-70, Гармония Амурской селекции и Луч Надежды селекции Дальневосточного государственного аграрного университета). Семена сои, выращенные в 2000 - 2002 году, получили из трех Госсортоучастков Амурской области, различающихся по агроклиматическим условиям. Электрофоретические спектры ферментов выявляли методом энзим-электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ) по Дэвису [4]. Окрашивание на геле зон с ферментативной активностью проводили соответствующими гистохимическими методами [5].
Дляисследованийбыливыбраны две группы ферментов: ферменты гидролитического комплекса (амилазный и эстеразный комплексы, кислая фосфатаза), и оксидоре-дуктазы (каталаза, пероксидаза) имеющие, кроме каталазы в основном широкую субстратную специфичность. Для большинства из этих ферментов установлена их активность в семенах сои и проростках, отработаны методы аналитического выявления электрофоретических спектров [6].
Каталаза - фермент с невысокой гетерогенностью. В семенах 8 районированных сортов сои за 3 года исследований выявлено всего 8 форм фермента. Электрофоретиче-ские спектры каталазы семян сои исследованных сортов относительно стабильны и состоят из 6 - 8 форм. Для всех сортов сои выявлены 5 форм каталазы с Rf=0,07, Rf=0,13 и Rf=0,17 с низкой и с Rf=0,30, Rf=0,42, со средней электрофоретической подвижностью. В семенах сои всех сортов в исследуемые годы обнаружена форма с Rf=0,42. Электрофоретические спектры сортов Октябрь-70, Соната, Закат, Смена, Луч Надежды и соер-4 оказались сходными. Для этих сортов установлены все 8 форм ка-талазы. Самая высокая встречаемость форм фермента выявлена для сортов Октябрь-70, Луч Надежды и Соер-4. В семенах сорта ВНИИС-1 не установлена форма с Rf=0,37. Для сорта Гармония выявлены всего 6 форм фермента каталазы. В семенах этого сорта не обнаружены формы с Rf=0,17 и Rf=0,37.
При анализе электрофоретических спектров каталазы по годам исследования установлено, что самое высокое количество форм фермента выявлено в 2002 году, в 2000 году почти на 30%, а в 2001 - на 20% меньше.
Электрофоретические спектры перок-сидазы отличались значительным разнообразием. За три года исследований обнару-жено18 форм фермента. Но в то же время не выявлено ни одного сорта, который содержал бы все формы пероксидазы. По 17 форм установлено для сорта ВНИИС-1 (отсутствует форма с Rf=0,55) и Соната (отсутствует форма с Rf=0,83). Наименьшее количество форм установлено для сорта Луч Надежды. Для всех сортов обнаружены формы с Rf=0,02, Rf=0,07 и Rf=0,16 с невысокой и с Rf=0,34, Rf=0,39 со средней электрофоретической подвижностью. Только для двух сортов ВНИИС-1 и Октябрь-70 обнаружена форма с Rf=0,83, а для сортов Соната и Гармония - форма с Rf=0,55. Следует отметить, что скороспелые сорта ВНИИС-1 и Соната содержат максимальное число пероксидазы и каталазы, а сорт Луч Надежды - наоборот минимальное.
За три года исследований выявлено большое количество форм пероксидазы в основном с невысокой и средней электро-форетической подвижностью. Высокой гетерогенностью отличилась пероксида-за в семенах сои, выращенных в условиях 2002 года, но в этом году отсутствуют низкомолекулярные формы с Rf=0,83, Rf=0,75, Rf=0,62 и Rf=0,58. В 2000 и 2001 году установлено форм пероксидазы значительно меньше, чем в 2002.
Для 8 сортов сои за 3 года обнаружено 10 форм амилазного комплекса. Все формы установлены в семенах сои сорта ВНИИС-1, Октябрь-70 и Соер-4. Форма
с Rf=0,52 со средней электрофоретической подвижностью не выявлена для сортов Соната, Закат, Смена, Луч Надежды и Гармония. Для сорта Луч Надежды установлено только 8 форм амилазного комплекса. Для этого сорта кроме формы с Rf=0,52 не установлена форма с Rf=0,25 со средней электрофоретической подвижностью.
Следует отметить, что высокой встречаемостью отличились формы с Rf=0,05, Rf=0,11, Rf=0,15 и Rf=0,21 с невысокой электрофоретической подвижностью. Несколько меньшая встречаемость установлена для остальных форм. И только для трех
сортов ВНИИС-1, Октябрь-70 и Соер-4 установлена форма с Rf=0,52. За годы исследований по сортам выявлено минимальное количество форм для сорта Луч Надежды и максимальное для сортов ВНИИС-1 и Соната.
Болыпе всего форм амилазного комплекса установлено в 2000 году и на 10% меньше в 2002 и 2001 годах. В 2000 году не обнаружена редко встречающаяся форма с Rf=0,52.
За три года исследований установлено 14 форм эстеразного комплекса, которые отличились высокой встречаемостью по сортам. В семенах сои выявлено от 10 форм (для сорта Гармония) до 13 форм (для сортов ВНИИС-1, Октябрь-70 и Смена). В остальных сортах обнаружено по 12 форм эстеразного комплекса. Во всех исследуемых сортах обнаружены формы с Rf=0,3, Rf=0,24, Rf=0,18, Rf=0,13, Rf=0,03 с невысокой, Rf=0,44 со средней и Rf=0,72, Rf=0,62 с высокой электрофоретической подвижностью. Причем форма с Rf=0,03 выявлена во всех сортах за исключением сорта Смена за все годы исследований. Форма с Rf=0,72 проявилась в семенах сои во всех сортах, выращенных в условиях 2001 и 2002 года. Формы с Rf=0,56, Rf=0,50, Rf=0,44, Rf=0,37 имеют невысокую встречаемость и почти не встречаются в семенах сои в 2001 году. Форма Rf=0,90 с высокой электрофоретической подвижностью выявлена только для сортов Октябрь-70 и Луч Надежды.
За три года исследований установили, что в 2000 и 2002 годах экспрессия генов эстеразного комплекса была одинаково высокой, а в 2001 почти на 30% меньше.
В семенах сои за три года установлено 13 форм кислой фосфатазы. Наивысшей гетерогенностью отличились семена сорта Соер-4. Для него установлены все формы фермента. Наибольшей встречаемостью выделились формы с Rf=0,04, Rf=0,12 с невысокой и Rf=0,42 со средней электрофоре-тической подвижностью. Промежуточные формы с Rf=0,3, Rf=0,24, Rf=0,2 и Rf=0,16
с невысокой электрофоретической подвижностью также представлены во всех исследованных сортах, но с меньшей встречаемостью. Формы с Rf=0,46, Rf=0,51, Rf=0,58, Rf=0,63 и Rf=0,75 со средней и высокой электрофоретической подвижностью менее проявлены. Самая высокоподвижная форма с Rf=0,75 установлена только для сортов ВНИИС-1 и Соер-4. Сортовые различия проявились по формам с невысокой молекулярной массой. Так для сорта ВНИИС-1 не установлена форма с Rf=0,46. Кроме формы с Rf=0,75, в семенах сои сорта Соната не выявлена также форма с Rf=0,58, сортах Закат и Смена - форма с Rf=0,63, а для сорта Гармония - формы с Rf=0,46 и Rf=0,42.
За три года исследования установлено, что в 2000 году выявлено почти на 20% форм кислой фосфатазы больше чем в 2001 и 2002 годах.
Поскольку основным критерием для характеристики множественных форм ферментов является их относительная электрофоретическая подвижность Rf, авторами предлагается оценить разнокачественность сортов сои по выявленным формам ферментов согласно их электрофоретической подвижности. Нумерация проведена от более высокоподвижных форм, которые имеют отклонения в подвижности ±0,03 к низко подвижным формам, для которых отклонения в подвижности составили от ±0,01 до ±0,02.
Для каталазы полученные формы были распределены следующим образом: формы с Rf=0,48 названы К1; формы с Rf=0,42 - К2; формы с Rf=0,37 - К3; формы с Rf=0,30 - К4; формы с Rf=0,23 - К5; формы с Rf=0,17 - К6; формы с Rf=0,13 - К7; формы с Rf=0,07 - К8.
Для пероксидазы полученные формы распределены следующим образом: формы с Rf=0,83 названы П1; формы с Rf= 0,75 - П2; формы с Rf=0,62 - П3; формы с Rf=0,58 - Э4; формы с Rf=0,55-П5; формы с Rf=0,49 - П6; формы с Rf=0,45 - П7; формы с Rf=0,42 - П8; формы с Rf=0,39 - П9; формы с Rf= 0,34 - П10; формы с Rf=0,29 - П11; формы с Rf=0,25 - П12; формы с Rf=0,22 - П13; формы с Rf=0,16 - П14; формы с Rf=0,13 - П15; формы с Rf=0,10 - П16; формы с Rf=0,07 - П17; формы с Rf=0,02 - П18.
Для эстеразного комплекса полученные формы распределены следующим образом: формы с Rf=0,90 названы Э1; формы с Rf= 0,78 - Э2; формы с Rf=0,72 - Э3; формы с Rf=0,62 - Э4; формы с Rf=0,56 - Э5; формы с Rf=0,50 - Э6; формы с Rf=0,44 - Э7; формы с Rf=0,37 - Э8; формы с Rf=0,30 - Э9; формы с Rf= 0,24 - Э10; формы с Rf=0,18 - Э11; формы с Rf=0,13 - Э12; формы с Rf=0,07 - Э13; формы с Rf=0,03 - Э14.
Для амилазного комплекса полученные формы распределены следующим образом: формы с Rf=0,52 названы А1; формы с Rf=0,46 - А2; формы с Rf=0,41 - А3; формы с Rf=0,36 - А4; формы с Rf=0,32 - А5; формы с Rf=0,25 - А6; формы с Rf=0,21 - А7; формы с Rf=0,15 - А8; формы с Rf=0,11 - А9; формы с Rf=0,05 - А10.
Для кислой фосфатазы полученные формы распределены следующим образом: формы с Rf=0,75 названы КФ1; формы с Rf=0,63 - КФ2; формы с Rf=0,58 - КФ3; формы с Rf=0,51 - КФ4; формы с Rf=0,46 - КФ5; формы с Rf=0,42 - КФ6; формы с Rf=0,35-КФ7; формы с Rf=0,30-КФ8; формы с Rf=0,24 - КФ9; формы с Rf= 0,20 - КФ10; формы с Rf=0,16 - КФ11; формы с Rf=0,12 - КФ12; формы с Rf=0,04 - Кф13.
Таким образом, впервые осуществлен разносторонний анализ и обобщение данных по электрофоретическим спектрам ферментов основных метаболических путей семян районированных сортов сои.
Список литературы
1. Нецветаев В. П. Теоретические основы использования белкового полиморфизма для оптимизации селекционного процесса: автореф. дис. на соис. уч. степени д-ра биол. наук / В. П. Нецветаев. - ВИР СПб., 2000. - 49 с.
2. Созинов А. А. Полиморфизм белков и его значение в генетике и селекции / А.А. Созинов. - М.: Наука, 1985. - 272 с.
3. Doong J.-Y. H. Cultivar identification by isozyme analysis / J.-Y. H. Doong, Y.-T. Kiang. // Soybean Genet. Newsl. - 1987. - V. 14. - P. 189-226.
4. Devis B. J. Disc electrophoresis. 11. Method and application to human serum proteinse [Text] / B. J. Devis. // Ann. N.Y.Acad. Sci. - 1964. - V. 121. - № 1. - P. 404- 427.
5. Левитес Е. В. Генетика изоферментов растений / Е. В. Левитес. - Новосибирск: Наука, 1986. - 145 с.
6. Иваченко Л. Е. Методы изучения полиморфизма ферментов сои. Л. Е. Ивачен-ко [и др.]. / Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2008. - 142 с.