Биологические маркеры для селекции на морозоустойчивость озимых форм мягкой пшеницы и ячменя

Исследование адаптации растений к стрессовым факторам внешней среды имеет особое значение для отечественной селекции, так как основная масса сельскохозяйственного производства России находится в зоне рискованного земледелия и потому ему необходимы сорта, сочетающие повышенную зимостойкость и засухоустойчивость с высокой урожайностью. Климат России не позволяет повышать продуктивность за счёт позднеспелости.

Для отечественных сортов озимых культур одним из важнейших адаптивных признаков является морозоустойчивость. Трудности селекции на зимостойкость определяются многими причинами; это сложный признак, включающий морозоустойчивость — главный компонент успешной перезимовки, а также глубину залегания узла кущения, устойчивость к «выпиранию» и к образованию ледяной корки. Показано, что зимостойкость растений зависит от генотипа, условий закалки, стадии развития [42].

Возможности традиционной селекции сельскохозяйственных растений далеко не исчерпаны. Но в настоящее время в арсенале селекционеров растений преобладает использование морфологического фенотипа в качестве основы селекции. Это определяет очень ограниченный набор, как экспериментального материала, так и круга проблем, которые может решить селекционер. Значительного прогресса в усовершенствовании методов селекции можно было бы достичь в том случае, если бы удалось установить надёжные способы выявления узловых моментов в ряду элементарных процессов, формирующих хозяйственно-ценные признаки и найти простые, дешёвые маркёры для массового скрининга селекционного материала.

В последнее время в стратегии растениеводства определились два главных пути использования достижений биохимии и молекулярной биологии: 1) биохимические и молекулярные маркёры [11], 2) создание и применение на полях трансгенных растений [12, 38]. Эти направления взаимосвязаны и их взаимодействие определяет дальнейший прогресс в развитии биологии, и её успехи в решении практических задач.

Вместе с тем, ближайшая методическая задача состоит не столько в том, чтобы найти новые способы создания генетического разнообразия, а столько в том, чтобы найти новые методы критического анализа того разнообразия, которое уже обеспечено природой, и идентифицировать разные компоненты ценных признаков, в основе которых лежат молекулярно-биологические механизмы реализации генетической информации в особенности физиологии и развития растений.

В генетике существует традиционный принцип идентификации генотипа отдельной особи — испытание потомства. Однако частота встречаемости уникального генотипа в популяциях F₂ столь низка, а популяции у селекционера столь объёмны, что он вынужден на первых этапах селекции выбраковывать по фенотипам 80−90% особей F_2. Кроме того, результаты трудоёмкого, дорогостоящего и длительного испытания по потомству не очень надёжны, так как существенно искажаются материнскими эффектами, экологическими последствиями, а у растений, кроме того, сильным влиянием триплоидного эндосперма на количественные признаки потомства, межгенотипической конкуренцией, «пестротой» лимитирующих факторов среды и т. п. [6].

При отсутствии простых и надёжных методов идентификации генотипов по фенотипам безвозвратно теряется большая часть ценных форм, что нельзя компенсировать более точными оценками по совокупности потомков на последующих этапах селекционного процесса.

Разработка таких методов зависит от степени изученности генетико-физиологической природы устойчивости растений. В настоящее время молекулярные биологи подступили к изучению сакральных закономерностей формирования эффекта взаимодействия «генотип-среда», важнейшим проявлением которого являются особенности экспрессии генов растений в условиях различного рода стрессов [12, 38, 25, 34, 39, 43].

Эти фундаментальные исследования похожи на долгое и трудное восхождение человека на высокую гору, с вершины которой он может увидеть правильные направления поиска простых, но эффективных методов оценки морозоустойчивости озимых форм пшеницы и ячменя. Развитие и результаты этого процесса мы попытаемся рассмотреть в этой статье.