Например, маркер, разработанный для гена Lr21, амплифицировал специфические фрагменты только в линиях пшеницы, использованных для его разработки, и не амплифицировал их в изогенных линиях Тэтчер, также содержащих ген Lr21;в) аллельная гомоплазия (идентичностьфрагментов по длине, но не идентичность по нуклеотидной последовательности). Это убедительно продемонстрировано на примере маркера Xgwm533, разработанного и валидированного для гена устойчивости к стеблевой ржавчине Sr2. Прежде чем молекулярные маркеры будут использованы в реальных схемах MAS необходима проверка ассоциаций «маркер-признак» на выборке, состоящей из картирующих популяций, селекционных и изогенных линий, и желательно в различных условиях окружающейсреды. По данным каталога генных символов, до настоящего времени опубликовано около 80генов устойчивости пшеницы к бурой ржавчине (гены Lr) с постоянными и временными символами (McIntosh 2010, Supplement 2011,2012). При этом для 50% генов определены ДНК-маркеры, сцепленные с геном, и только для 15% маркеры валидированы для использования в схемах MAS (рис. 2).Для других генов устойчивости к грибным патогенам эти соотношения еще меньше [4]. Рис. 2 Диаграмма, иллюстрирующая количество известных генов устойчивости к бурой (Lr), стеблевой (Sr) и желтой (Yr) ржавчине и мучнистой росе (Pm), число ДНК-маркеров, сцепленных с генами, и число протоколов, разработанных для MASЭффективность валидированных ДНК-маркеров для выявления генов устойчивости к патогенам была исследована в ряде зарубежных и отечественных работ [3, 8]. Эти авторы на примере большого набора сортов и изогенных линий, содержащих единичные гены и их комбинации, показали, что молекулярные маркеры во многих случаях обладают большей эффективностью по сравнению с фитопатологическими тестами и анализом родословных.
2.4 Ограничения для внедрения новых ДНК-технологий в практическую селекцию.
Несмотря на постоянное совершенствование методов маркирования ДНК и огромный потенциал MAS, практическое применение молекулярных маркеров для создания коммерческих сортов растений, и в частности, пшеницы до сих пор имеет ограниченный характер. К одной из главных причин можно отнести высокую стоимость MAS. Стоимость технологий молекулярногомаркирования с течением времени снижается, однако затраты для проведения некоторых этапов MAS требуют значительных денежных инвестиций. Здесь, несомненно, важна финансовая поддержка со стороны государственногосектора экономики, особенно в развивающихся странах. Кроме финансовых затрат на интеграцию современных и классических методов селекции влияют дополнительные факторы: а) точность картирования генов/QTLs и отсутствие тесного сцепления ген-признак, что приводит к необходимости перепроверять ассоциации «маркер-признак» на нескольких картирующих популяциях;
б) необходимость валидации маркера для доказательства его надежности при выявлении генов/QTLs у широкого круга образцов и в различном генетическом окружении;
в) отсутствие достаточного количества полиморфных и кодоминантных маркеров длятестирования селекционного материала, что является важным как в скрещиваниях между близкородственными сортами, так и для отдаленной гибридизации;
г) трудности интрогрессии «минорных» QTLs для признаков с мультигенным контролем, подверженных влиянию окружающей среды и эпистатическим взаимодействиям;
д) человеческий фактор: наличие в институтах и компаниях, занимающихся практическойселекцией, квалифицированного персонала, владеющего современными молекулярными методами анализа генома растений и статистическими программами для картирования генов/QTL s. С другой стороны, методические основы фенотипической селекции не всегда знакомы специалистам, работающим в областимолекулярной биологии. В настоящее время в литературе мало доступной информации о практических результатах использования MAS в создании новых сортов и селекционных линий. В ряде стран (Aвстралия, СШA, Мексика, Канада, Индия, Aргентина, Великобритания, Франция, Чехия, Китай) технологии MAS были опробованы в крупных программах, которые финансировались на государственном уровне и частными селекционными компаниями. В Aвстралии начиная с 1996 г.
рядпрограмм был опробован для создания сортовячменя и пшеницы с помощью ДНК-маркеров [8]. В качестве положительного результата можно отметить, что в одной из программ для пшеницы (WestAustralianwheatbreedingprogramm) за 5лет были разработаны маркеры для 42 признаков/генов, внедрены мультиплексные технологии, созданы фенотипические и маркерные базы данных по признакам и логистические программы, интенсифицирующие взаимодействие молекулярных биологов и селекционеров. В Индии и Непале технологии MAS были использованы в программе для создания селекционных линий с генетическими локусами, контролирующими засухоустойчивость риса. В США финансовую поддержку со стороны государства получили крупные проекты (2001−2009 гг.), участниками которых были как научно-исследовательские лаборатории, так и селекционные компании. В последние годы появилась информация о базах данных и компьютерных программах, которые могут оказать помощь селекционерам при выполнении селекционных задач с использованием различных схем MAS. Например, программа OptiMAS на основании данных по маркерам, расположенным в области локализации «целевого» локуса, помогает выбирать оптимальные стратегии MAS, родительские пары для проведения скрещиваний и отслеживать в потомстве «ценные» аллелиQTL.
Базы данных Panzea, PlantDB, CEREALAB предназначены для сбораинформации по фенотипическим и геномным данным различных видов и сортов пшеницы, ячменя, риса, кукурузы, тритикале, для выбора родительских образцов и маркеров, сцепленных с хозяйственными признаками [4].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время ДНК-маркеры разработаны и стали доступными для маркирования хозяйственно важных признаков различных видов зерновых культур. Наблюдается значительный прогресс по внедрению современных методов и технологий молекулярного маркирования в практику для создания новых сортов и селекционных линий. Наиболее успешными способами применения новых технологий являются интрогрессия и пирамидирование главных генов/QTLs, контролирующих устойчивость к различным видам стрессов. Интродукция количественных признаков, имеющих полигенную природу, пока остается на этапе научных исследований. В настоящее время стало очевидным, что ДНК-технологии постепенно начинают занимать ведущие позиции в селекции растений, и ряд примеров успешного практического применения новых технологий можно найти в литературе. Несмотря на ограничения, тормозящие применение ДНК-маркеров в практической селекции даже в развитых странах, не возникает сомнений, что технологии MAS имеют высокий потенциал, который будет успешно реализован в ближайшие годы.
Справедливо полагают, что в течение следующего десятилетия технологии MAS станут значительно дешевле и проще и их можно будет использовать в больших масштабах, а знания, полученные на основе геномных исследований и опубликованные в научных работах, будут быстрее претворяться в жизнь. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫБеспалова.
Л.А.Применение молекулярных маркеров в селекции пшеницы в Краснодарском НИИСХ им. П. П. Лукьяненко / Л. А. Беспалова, А. В. Васильев, И. Б. Аблова, В.А. и др. // Вавиловский журнал генетики и селекции — 2012. — Т.
16 — № 1 — С.37−43.Календарь Р. Н. Типы молекулярно-генетических маркеров и их применение / Р. Н. Календарь, В.
И. Глазко // Физиология и бохимия культур. раст. — 2002. -.
Т. 34, № 4. — С. 279−296.Конарев А. В. Использование молекулярных маркеров в решении проблем генетических ресурсов растений и селекции / А. В. Конарев // Аграрная Россия Научно-производственный журнал. -.
2006. — № 6 — С.4−22.Леонова И. Н. Молекулярные маркеры в селекции зерновых культур для идентификации, интрогрессии и пирамидирования генов / И. Н. Леонова // Вавиловский журнал генетики и селекции.
— 2013. — Т.17, № 2. — С.314−325.Мухина Ж. М.
Молекулярные маркеры и их использование в селекционно-генетических исследованиях / Ж. М. Мухина // науч. ж-л. Куб.
ГАУ. — 2011. — № 66. — С. 1−11.Романова О. В. Методика молекулярно-генетической идентификации косточковых культур / О. В. Романова, В. А. Высоцкий // Под общ.
ред. акад. РАСХН И. М. Куликова; ГНУ ВСТИСП. — М., 2007. — 70 с. Хавкин Э. Е. Молекулярная селекция растений: ДНК-технологии создания новых сортов сельскохозяйственных культур / Э. Е. Хавкин // Сельскохозяйственная биология.
— 2003. — № 3. — С. 26−41.Хлесткина Е.
К. Молекулярные маркеры в генетических исследованиях и в селекции / Е. К. Хлесткина // Вавиловский журнал генетики и селекции. — 2013. -.
Т. 17, № 4. — С. 1044−1054.
Шамшин Иван Николаевич. Оценка генетического разнообразия сортов и форм яблони с использованием ДНК-маркеров / И. Н. Шамшин. — Дис. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. — Спец. 03.
02.07 Генетика. — Мичуринск-наукоград РФ, 2014. — 117 с. Nguyen H.T. «Molecular Marker Systems for Genetic Mapping» / In: «The Handbook of Plant Genome Mapping. G enetic and Physical Mapping» // Eds.: Meksem K.
and Kahl G. — W iley-VCH, Weinheim, 2005. Xu Y. M arker-assisted selection in plant breeding: from publication to practice // Crop Sci.
— 2008. — V. 31. — P. 391−407.
