Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ФЕРМЕНТОВ КАК МАРКЕРОВ СОРТОВ СОИ

Иваченко Л.Е. Егорова И.В. Фоменко Н.Д.

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.


Библиографическая ссылка

Иваченко Л.Е., Егорова И.В., Фоменко Н.Д. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ФЕРМЕНТОВ КАК МАРКЕРОВ СОРТОВ СОИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 5. – С. 65-69;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=656 (дата обращения: 17.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074