Генетика, 2019, T. 55, № 11, стр. 1298-1311

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Аллельное разнообразие локусов Hrd A и Hrd B изучали в 31 популяции H. spontaneum и 13 образцах местного культурного ячменя. Популяции дикого ячменя представляли собой оригинальные сборы в районах Голанских высот, Галилейского моря (оз. Кинерет), Хайфы и границы с Палестиной (рис. 1, табл. 1). Материал был собран О. Раскиной, А. Беляевым и Е. Бадаевой в 2000–2008 гг. Всего из популяций H. spontaneum гордеины были исследованы в зернах от 503 растений. Образцы H. vulgare, собранные в 1922–1926 гг., были получены из коллекции генетических ресурсов ВИР им. Н.И. Вавилова. От каждого образца культурного ячменя гордеины анализировали в 10 отдельных зернах. Варианты блоков компонентов, контролируемые аллелями локусов Hrd A и HrdB, и генетические формулы гордеина по этим локусам определяли по каталогам, составленным нами ранее на основе изучения более 1600 образцов культурного ячменя из стран, входящих в центры разнообразия и граничащих с ними [19]. Аллели этих локусов и соответствующие им варианты блоков компонентов гордеинов А и В, которые были выявлены исключительно в H. spontaneum, обозначали цифрами с индексом “s”.

Рис. 1.

Места сборов образцов H. spontaneum и H. vulgare в Израиле и Палестине.

Электрофорез гордеинов проводили в столбиках 12–14%-ного крахмального геля с 3 М мочевиной в алюминий-лактатном буфере с рН 3.1 по методике А.А. Созинова и Ф.А. Поперели [20] с некоторыми модификациями [19]. С целью изучения возможной дифференциации или сходства исследованных популяций H. spontaneum как межу собой, так и с образцами H. vulgare, проводили иерархический кластерный анализ по методу ближайшего соседа с использованием корреляций Пирсона в качестве меры близости распределений аллельных частот [21]. Контроль за результатами анализа при подборе адекватного алгоритма кластеризации осуществляли с помощью грубой дендрограммы, построенной по матрице числа общих аллелей. Вычисления проводились с помощью пакета статистических программ SPSS 19.0.0.1.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате электрофоретического анализа гордеинов в образцах дикого и культурного ячменя из Израиля и Палестины нами было обнаружено 114 и 11 аллелей локуса Hrd A соответственно (рис. 2,а, в). Для локуса Hrd B в образцах H. spontaneum было выявлено также114 аллелей, а в образцах H. vulgare – 22 аллеля (рис. 2,б, г). Генетические формулы гордеина в исследованных образцах дикого и культурного ячменя представлены в табл. 1. Присутствующие в популяциях H. spontaneum из Израиля аллели локусов Hrd A и Hrd B значительно различались по частотам (табл. 2). Среди аллелей локуса Hrd A у дикого ячменя по частоте выделялся аллель А1 (0.0910). С относительно высокой частотой встречались также аллели А30s (0.0539), А33 (0.0520). Частоты остальных аллелей варьировали в пределах 0.0019–0.0427. В образцах H. spontaneum также впервые были обнаружены 74 аллеля (А112s – А185s), не встречавшиеся у исследованных нами ранее образцов дикого ячменя из Ирана [13], Турции [14], Сирии [15] и Иордании [16].

Рис. 2.

Варианты блоков компонентов гордеинов, контролируемых аллелями локусов Hrd A и Hrd B, обнаруженные в популяциях H. spontaneum (а, б) и H. vulgare (в, г) из Израиля и Палестины.

Из 114 аллелей локуса Hrd В, выявленных в образцах дикого ячменя из Израиля, самую высокую частоту имели четыре аллеля: B186s (0.0743), B185s (0.0669), В165s (0.0650) и B161s (0.0558). С относительно высокой частотой встречались аллели В188s (0.0372) и В224s (0.0353). Частоты остальных 108 аллелей находились в пределах 0.0019–0.0279 (табл. 2). Для этого локуса 82 аллеля (B140s – B215s, B217s, B218s, B220s, B221s, B222s и B224s) к настоящему времени были обнаружены только в израильских популяциях H. spontaneum.

В образцах культурного ячменя из Палестины и Израиля для локуса Hrd A были найдены 11 аллелей, из которых по частоте преобладал аллель А2 (0.4215). Относительно высокую частоту имели аллели А18 (0.1714), А3, А17 (0.0714) и А41 (0.0571). Частоты остальных шести аллелей этого локуса варьировали в пределах 0.0143–0.0500. В исследованных образцах для локуса Hrd B были обнаружены 22 аллеля, из которых три характеризовались наибольшей частотой: В18 (0.2000), В198 (0.1144) и В14 (0.1000). Сравнительно высокую частоту имели таке аллели В53 (0.0787), В11, В17 и В119 (0.0571). Частоты остальных 15 аллелей находились в пределах 0.0071–0.0429 (табл. 2).

В результате проведенного кластерного анализа большинство (74%) популяций дикого ячменя и представленные как одна популяция образцы культурного ячменя распределились по четырем основным кластерам (рис. 3). В первый, самый большой кластер I вошли 11 популяций дикого ячменя и объединенная популяция местных сортов культурного ячменя. Преимущественно в этот кластер объединились образцы H. spontaneum из района оз. Кинерет (точки сборов 22, 13, 18, 19, 23, 16, 31, 11, 12), одна популяция из района Эль Кунейтра на северо-востоке Израиля (6) и одна популяция из района Хайфы в северо-западной части страны – точка сбора 24 (рис. 1, 3). Только в двух популяциях, образующих этот кластер (точки сборов 19 и 23), отсутствовали аллели локусов Hrd А и Hrd В, которые нами ранее были идентифицированы в культурном ячмене различных стран [19]. При этом в образцах дикого ячменя из точек сборов 12, 16 и 18 присутствовали аллели гордеин-кодирующих локусов, обнаруженные и в образцах культурного ячменя из Израиля (табл. 1). Второй по величине кластер III составили пять популяций из района оз. Кинерет (точки сборов 7, 17, 8, 9, 20) и одна популяция из района Мицпе Пеэр на севере Израиля (точка 1). Только в образцах из района Авней Эйтан (17) и Кешет (8) были обнаружены растения с аллелем В162, который ранее мы находили в образцах местного культурного ячменя из мировой коллекции. Кластер IV включает две популяции из района оз. Кинерет (точки 10 и 15) и популяции из района а-Боним (25) и района Кармель, кибуцу Офер (26). В популяции из Табигхи (10) присутствовал аллель А24, обнаруженный также в образцах культурного ячменя из Израиля и Палестины. Кластер II представлен всего двумя популяциями: из района Баниас на севере Израиля (5) и района Кесарии около Средиземноморского побережья страны (28). В обеих популяциях найдены аллели локусов Hrd А и Hrd В, идентифицированные нами ранее в культурном ячмене из мировой коллекции. Остальные восемь популяций H. spontaneum из различных районов Израиля не входили ни в один из кластеров. В пяти из них также обнаружены аллели гордеин-кодирующих локусов, идентифицированные нами в образцах из мировой коллекции ячменя [19]. Таким образом, “культурные” аллели локусов Hrd А и Hrd В присутствовали в 21 из 31 изученной популяции H. spontaneum из Израиля и Палестины.

Рис. 3.

Дендрограмма для 32 популяций H. spontaneum и H. vulgare по методу ближайшего соседа с использованием корреляции Пирсона в качестве меры близости (SPSS). I–IV – кластеры, арабские цифры – номера точек сбора на рис. 1.

Если принять гипотезу, что доместикация ячменя произошла на территории современных Израиля и Палестины, можно было бы ожидать присутствие в образцах дикого и культурного ячменя одних и тех же аллелей локусов Hrd А и Hrd В, а также присутствие в диком ячмене представителей самых широко распространенных аллелей этих локусов не только в местных образцах культурного ячменя в Израиле и Палестине, но и в других странах мира. Среди 114 аллей локуса Hrd A, идентифицированных в образцах H. spontaneum, 18 аллелей были нами ранее обнаружены в мировой коллекции культурного ячменя [19]. Однако в исследованных образцах культурного и дикого ячменя из Израиля и Палестины общими для них являлись только пять аллелей: А2, А3, А18, А24 и А28. Их частоты значительно различались в культурном и диком ячмене и находились в пределах 0.05–0.4215 и 0.0019–0.026 соответственно (табл. 2). Для локуса Hrd B в образцах дикого ячменя было выявлено 15 “культурных” аллелей. Однако только один из них – B1, частота которого в H. spontaneum составила 0.0037, присутствовал в палестинских образцах культурного ячменя с частотой 0.0214.

В табл. 3 приведены частоты “культурных” аллелей локуса Hrd A и Hrd B, обнаруженных в образцах H. spontaneum из Израиля и Палестины и в исследованных ранее местных образцах культурного ячменя из 20 стран мира, входящих в центры разнообразия ячменя и сопредельных с ними [14, 22–28]. Как видно из таблицы, среди аллелей локуса Hrd A самым распространенным является аллель А2, обнаруженный в местных образцах культурного ячменя из 19 стран мира с высокими частотами – от 0.0719 в Йемене до 0.8000 в Тунисе. В Израиле этот аллель идентифицирован только в одном растении H. spontaneum популяции из Арбеля. В образцах культурного ячменя из 13 различных стран были найдены аллели А3 и А24, где их частоты варьировали от 0.0266 (Иордания) до 0.2334 (Марокко) и от 0.0032 (Иран) до 0.4572 (Эфиопия) соответственно. В диком ячмене из Израиля аллель А3 был найден только в двух популяциях: из районов Галмы (16) и Сусита (18) около оз. Кинерет (табл. 1, рис. 1). Аллель А18 присутствовал в образцах H. vulgare из 12 стран Северной Африки, Средней и Восточной Азии с частотой от 0.0307 (Египет) до 0.6441 (Узбекистан). В Израиле этот аллель был найден только в одной популяции H. spontaneum из района Галмы (16). Каждый из аллелей А1, А12 и А33 был обнаружен в культурном ячмене из 10 стран. При этом аллели А1 и А12 отсутствовали в образцах из стран Северной Африки. Максимальную частоту 0.14 аллель А1 имел в культурном ячмене из Сирии, а аллель А12 (0.1362) – в Киргизии. Для аллеля А33 самые высокие частоты отмечены в Иордании (0.2707), Сирии (0.2250) и Марокко (0.1222). Аллель А1 обнаружен в израильских популяциях дикого ячменя из районов Табигха (11), Арбель (12), Галма (16), Сусита (18) и Эльром (31), находящихся около оз. Кинерет, и из района Хайфы (табл. 1, рис. 1). Аллель А12 был найден в двух популяциях H. spontaneum, собранных в районе оз. Кинерет–Сусита (18), Арбель (12), и в популяции из окрестностей Хайфы (24). Аллель А33 присутствовал в популяциях израильского дикого ячменя из Казрин (13), Сусита (18), Хамат Гаден (22) – район оз. Кинерет, а также в образце из Мицпе Офир (27). Аллели А13, А23, А28, А61, А63, А67 А110, А123 и А152 в культурном ячмене из различных стран распространены на значительно меньшей территории и с низкими частотами. Эти аллели присутствовали в единичных популяциях израильского H. spontaneum, преимущественно из района оз. Кинерет, за исключением аллелей А63, А67 и А123, найденных и в образцах из Мицпе Офир (27), и Кесария (28). Мы не рассматривали распространение аллелей А35 и А40, поскольку они были нами ранее обнаружены только в отдельных современных сортах ячменя европейской селекции.

Среди 15 “культурных” аллелей локуса Hrd B, найденных в образцах H. spontaneum из Израиля, относительно широкое распространение в культурном ячмене имел аллель В1, который с низкими частотами (от 0.002 до 0.025) присутствовал в культурном ячмене из 10 стран Северо-Восточной Африки Средней Азии, Ближнего Востока (табл. 3). Самые высокие частоты этого аллеля отмечены в Киргизии (0.2510) и Китае (0.0396). Аллель B16 с наибольшими частотами встречался в культурном ячмене из Китая (0.1146), Непала (0.1000) и Пакистана (0.0714), а в образцах из остальных четырех стран его частота была в пределах 0.0024 (Афганистан) – 0.0256 (Египет). В израильском H. spontaneum этот аллель обнаружен только в одной популяции из Эльрома (31). Аллель В65 преимущественно распространен в культурном ячмене стран Ближнего Востока, где его частота варьировала в пределах 0.0706 (Ирак) – 0.2182 (Сирия). С низкими частотами он присутствовал в культурном ячмене из Турции (0.0011), Узбекистана (0.0020) и Индии (0.0213). При этом в диком ячмене из Израиля этот аллель обнаружен только в одной популяции из Суситы (18). Остальные “культурные” аллели этого локуса характеризовались мозаичным характером распространения в H. vulgare и низкими частотами в различных странах мира. В диком израильском ячмене эти аллели встречались в единичных популяциях в различных районах страны. Обращает на себя внимание популяция H. spontaneum из Суситы (18), в которой обнаружено девять “культурных” аллелей для локуса Hrd A и три – для локуса Hrd B. Кроме этого, генотипы Hrd A3 B162 и Hrd A24 B65, присутствующие в этой популяции, обнаружены нами ранее в отдельных образцах культурного ячменя только из Иордании и Сирии [25]. Учитывая, что гордеин-кодирующие локусы наследуются сцепленно – величина рекомбинации между ними составляет 12.6% [29], а также близкое расположение района оз. Кинерет к границам Сирии и Иордании, можно предположить, что указанные генотипы могли появиться в культурном ячмене в результате интрогресси популяции H. spontaneum из Суситы или каких-то других популяций дикого ячменя из этого района Израиля. Следует отметить, что подавляющее большинство “культурных” аллелей локусов Hrd A и Hrd B в исследованных популяциях H. spontaneum встречаются в одном генотипе с аллелями этих локусов, обнаруженных до сих пор только в диком ячмене.

Таким образом, представленные данные об аллельном разнообразии гордеин-кодирующих локусов в популяциях израильского дикого ячменя, составе и распространении обнаруженных “культурных” аллелей и отдельных генотипов в местных образцах культурного ячменя из 20 стран позволяют сделать вывод, что некоторые популяции H. spontaneum из Израиля могли быть донорами отдельных аллелей и генотипов гордеин-кодирующих локусов для H. vulgare в результате интрогрессии при спонтанной гибридизации при распространении культурного ячменя.

Авторы выражают благодарность О. Раскиной, А. Беляеву и Е. Бадаевой за предоставленный материал H. spontaneum из Израиля.

Работа выполнена по государственному заданию № 0112-2019-0002.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с использованием в качестве объекта животных.

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием в качестве объекта людей.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.