Становление научной школы по генетическим ресурсам, селекции и генетики винограда в России от Н.И. Вавилова до настоящих дней
- Авторы: Лиховской В.В.1, Волынкин В.А.1, Полулях А.А.1, Зленко В.А.1, Студенникова Н.Л.1, Спотарь Г.Ю.1
-
Учреждения:
- ФГБУН «Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач»
- Выпуск: № 4 (2024)
- Страницы: 63-68
- Раздел: Растениеводство и селекция
- URL: https://kazanmedjournal.ru/2500-2082/article/view/659273
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224040112
- EDN: https://elibrary.ru/xkwcai
- ID: 659273
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Представленный в статье материал позволяет проанализировать формирование научной школы генетических ресурсов, селекции и генетики винограда в России от Н.И. Вавилова, развитие методологии селекции винограда, используя на первых этапах знания описательной ампелографии. Анализируя этапы методологии селекции винограда, в совокупности с исходным материалом – генетическими ресурсами и обусловленными специфичностью генома закономерностей проявления и наследования генетически детерминированных признаков, выделены два аспекта: процесс формирования генофонда винограда, происхождения отдельных сортов в ходе естественной эволюции и целенаправленное создание новых сортов в процессе экспериментальной. Аутентичность виноградарства и виноделия России поддерживается новыми селекционными сортами института «Магарач», сочетающими достоинства автохтонных сортов с устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам биосферы, обладающими обоеполым типом цветка. Современные методы био- и генной инженерии дают возможность перейти от селекции на организменном уровне к редактированию генома на генном.
Ключевые слова
Полный текст
Описания ботанического разнообразия винограда сделаны исследователями еще до нашей эры. Об этом упоминается в греческих и римских источниках. Впервые термин «ампелография» (от греч. «ампелос» – виноград и «графос» – описание) применил польский ученый Филип Яков Сакс в 1661 году, его считают основоположником ампелографии как науки. Ампелография – наука о сортах и видах винограда, их классификации и систематике, о закономерностях изменчивости свойств под влиянием условий окружающей среды и антропогенного фактора сформировалась в XX веке в результате работ учеников Н.И. Вавилова. [6, 14]
Ампелографические исследования в России имеют давнюю историю и сложившиеся традиции, которые берут начало со времен создания Никитского ботанического сада и института «Магарач». [2] Благодаря ученым ампелографам на протяжении двух столетий формировалась коллекция, которая по количеству образцов входит в число крупнейших в мире. Составлен и издан уникальный по объемам труд «Ампелография СССР», в томах которого дается 2801 описание и биолого-агрономическая характеристика сортов винограда. [9, 15]
Если рассматривать селекцию как искусственный отбор, то этот процесс начинался до нашей эры, когда из генофонда дикорастущего винограда целенаправленно отбирали формы, которые дошли до наших времен как автохтонные (аборигенные) сорта. Далее продолжалась генеративная гибридизация винограда. В России, начиная с XIX века, исследовали аборигенные сорта, в частности Крыма, и изучали местный дикорастущий виноград, его образцы до настоящего времени сохраняются в гербарии Никитского ботанического сада. [12]
История генеративной селекции в России начинается с Никитского ботанического сада, и продолжается в институте «Магарач». Первое целенаправленное скрещивание для улучшения сорта Мурведр (Мурведр х Каберне Совиньон) было сделано в 1828 году, позднее из этого генофонда отобраны Мурведр Гуле и Мурведр Гаске [1]. В 1927–1930 годах Н.В. Папоновым получен большой селекционный генофонд винограда, который был реализован только в 60-х годах, когда выделили сорта: Бастардо магарачский, Рубиновый Магарача, Ранний Магарача и другие. [5] На этом этапе развития селекции винограда исследования имели в большей степени эмпирический характер, не было научного обоснования в каких-либо селекционных программах.
Становление научной школы генетических ресурсов, селекции и генетики винограда в России
Формирование научной школы генетических ресурсов винограда (ампелография), селекции и генетики культуры начинается с работ Николая Ивановича Вавилова и его ученика Александра Михайловича Негруля во Всероссийском институте растениеводства (ныне Всероссийский институт генетических ресурсов имени Н.И. Вавилова). А.М. Негруль осуществил качественно новое направление исследований, развернув их от ботанического описания к разработке методических и практических вопросов селекции, широкомасштабной и научно-обоснованной мобилизации сортовых и видовых ресурсов как исходного материала, основательному изучению происхождения, эволюции и классификации культурного винограда. [13]
В 1940 году Н.И. Вавилов командирует А.М. Негруля в институт «Магарач», где уже в то время существовала старейшая и крупнейшая в СССР ампелографическая коллекция. С конца 1940 года А.М. Негруль – руководитель работ по подготовке материалов и составлению капитального коллективного труда «Ампелография СССР». В настоящее время в коллекции института «Магарач» собрано 4120 сортообразцов из многих регионов мира различного ботанического происхождения и генетической структуры. Только в ней сохранились в полном объеме автохтонные и местные сорта Крыма. Ценность этих образцов заключается в способности произрастать и давать урожай высокого качества в условиях засухи, на бедных каменистых почвах с высоким содержанием солей и извести. [14]
В 50-х годах XX века в институте «Магарач» исследования по генетическим ресурсам винограда, селекции и генетике культуры продолжились под руководством Павла Яковлевича Голодриги.
Результаты по систематике и классификации генетических ресурсов винограда вида Vitis vinifera L. в России
В конце 30-х годов XX века А.М. Негруль приступил к разработке генеалогической классификации сортов европейско-азиатского происхождения, которая значительно расширила знания по эволюции, генетике и биологии винограда. А.М. Негруль, как и Н.И. Вавилов, был сторонником монофилетического происхождения культурного европейско-азиатского винограда, родоначальной формой считал дикий лесной виноград Vitis vinifera ssp. sylvestris (C.C. Gmel.) Hegi, который сохранился с третичного периода и сейчас широко произрастает от Восточной Азии до Пиренейского полуострова. К этой точке зрения его привел большой фактический материал, собранный в ходе экспедиций. [13]
Сотрудники института «Магарач» (В.А. Волынкин, А.А. Полулях) подтвердили, что до настоящего времени в Крыму произрастают эндемичные реликтовые формы дикого лесного винограда Vitis vinifera ssp. sylvestris (рис. 1), некоторые автохтонные сорта происходят от этих разновидностей, что подтверждено на молекулярном уровне (см. таблицу). [4, 7, 14]
Рис. 1. Распространение форм Vitis vinifera ssp. sylvestris в бассейне реки Улу-Узень (Крым, г. Алушта, 2006 год).
Аллели ядерных SSR-локусов дикорастущих образцов винограда Крыма
Локус | Размер аллелей | Число аллелей |
VVS2 | 133, 135, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 165 | 12 |
VVMD5 | 220, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244, 248, 268 | 13 |
VVMD7 | 233, 239, 243, 247, 249, 251, 257, 259, 261, 263, 265 | 11 |
VVMD25 | 237, 239, 241, 247, 249, 251, 255, 257, 259, 261, 265, 267 | 12 |
VVMD27 | 176, 180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 214 | 10 |
VVMD28 | 216, 228, 234, 236, 244, 246, 248, 252, 254, 258, 264, 266, 268, 270 | 14 |
VVMD32 | 234, 240, 248, 250, 252, 256, 258, 260, 262, 264, 272 | 11 |
VrZAG62 | 186, 188, 194, 196, 200, 202, 204, 216 | 8 |
VrZAG79 | 237, 243, 247, 249, 251, 255, 257, 259 | 8 |
В результате исследований в XX и XXI веках нескольких поколений ученых России составлена классификация Vitis vinifera ssp. sylvestris (рис. 2). [3]
Рис. 2. Современная классификация реликтового дикого лесного винограда Крыма Vitis vinifera ssp. sylvestris Gmel (Hegi).
Согласно теории А.М. Негруля, все сорта V. vinifera подразделяются на три эколого-географические группы: восточная (orientalis Negr.), западноевропейская (occidentalis Negr.) и бассейна Черного моря (pontica Negr.). Классификацию А.М. Негруля признают во всем мире, она получила дальнейшее развитие и дополнена учеными института «Магарач» П.М. Грамотенко и Л.П. Трошиным (рис. 3). В честь Александра Михайловича назван столовый сорт винограда Памяти Негруля.
Рис. 3. Классификация Vitis vinifera ssp. sativa D.C. А.М. Негруля, дополненная учеными института «Магарач».
Результаты по селекции и генетике винограда в России
В 1936 году А.М. Негрулем была опубликована монография «Генетические основы селекции винограда». Далее формирование селекции винограда как науки проходило в институте «Магарач» и связано с постановкой научных целей и направлений П.Я. Голодригой, который в течение 50…60-х годов сотрудничал с А.М. Негрулем и был продолжателем его научных взглядов и теорий Н.И. Вавилова. П.Я. Голодрига – основатель научной школы селекции и генетики винограда в Институте «Магарач». Развивая теорию Н.И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений, П.Я. Голодрига отводил в селекции винограда значимую роль генетическим ресурсам культуры из различных эколого-географических регионов виноградарства на планете, пополняя ампелографическую коллекцию института «Магарач», в том числе лично участвуя в экспедициях. [5]
Под его руководством выводили новые сорта по направлениям: селекция на раннеспелость; использование инцухта; устойчивость к морозу; бессемянность; групповая устойчивость к болезням и вредителям; мутагенез и полиплоидия; селекция на химические компоненты вина; количественная генетика; применение физиолого-биохимических и биофизических методов диагностики при селекционном отборе; использование культуры тканей in vitro; испытание селекционного генофонда методом микровиноделия. [9]
Были выведены сорта Аврора Магарача (индуцированный мутагенез) и Поливитис Магарача (полиплоид) (рис. 4, 2-я стр. обл.).
Рис. 4. Селекционные сорта винограда: а – Аврора Магарача, б – Поливитис Магарача.
Большой вклад П.Я. Голодрига внес в совершенствование методов селекционного процесса, используя в своих работах идеи и методы из отдаленных областей наук. Для ускорения оценки генотипической изменчивости гибридных сеянцев были разработаны экспресс-методы, в основе которых лежало выявление коррелятивных зависимостей между биохимическими, физиологическими и хозяйственно ценными признаками. Например, диагностика морозоустойчивости растения по соотношению форм воды и величине импеданса тканей, сверхслабому свечению листьев и другие. Под руководством П.Я. Голодриги сотрудниками отдела были изучены физиолого-биохимические критерии морозоустойчивости, раннеспелости, филлоксероустойчивости. [5, 6, 9]
Творческое наследие профессора П.Я. Голодриги успешно развивается его учениками и последователями. Павел Яковлевич не успел осуществить все задуманное, но его научные труды служат теоретической базой для дальнейшего развития селекции, генетики и биотехнологии винограда, имеют современное теоретико-методологическое и практическое значение. В честь ученого назван винный сорт винограда с окрашенным соком Памяти Голодриги.
В институте «Магарач» успешно развивается клоновая селекция, которая предполагает отбор клонов, сформированных в естественном генофонде винограда в процессе естественного мутагенеза. [8]
Селекция комплексноустойчивых сортов винограда
Создание сортов винограда с групповой устойчивостью (комплексноустойчивые) – это продолжение и развитие учения об иммунитете растений, его генетической природе, основоположником которого был Н.И. Вавилов. Отечественная селекция сортов винограда, обладающих комплексом характеристик высокой продуктивности, качества продукции и комплексной устойчивости начинается с момента, когда Николай Иванович Вавилов привез первоначальный исходный материал винограда из экспедиции и высадил его на опытном участке в районе Якорной Щели под г. Сочи. Одна из этих форм – Сочинский черный, отобранная П.Я. Голодригой, стала прародителем всех комплексноустойчивых сортов винограда России.
Селекция винограда в институте «Магарач», пройдя через этап комбинированных генов в пределах Vitis vinifera L., базируется на сочетании генов продуктивности и устойчивости генофонда рода Vitis L., используя сорта и формы как подрода Euvitis, так и Muscadinia (Vitis rotundifolia). Параллельно формировались и научные закономерности проявления и наследования, генетически детерминированных признаков у винограда, в том числе устойчивости к патогенам.
Общие генетически детерминированные закономерности селекции сортов винограда, устойчивых к комплексу возбудителей, изучены традиционными методами, основанными на гибридологическом анализе. Патогены принципиально различались по своей биологической природе и отношению к растению винограда как растению-хозяину. Устойчивость исходных форм и их комбинационная способность выступают факторами, лежащими в основе устойчивости потомства (рис. 5). Отцовская форма влияет на устойчивость потомства к Plasmopara viticola. На рисунках 5б и 5в показан синергизм влияния отцовской и материнской форм на устойчивость к Erysiphe necator и Botrytis cinerea, при этом он более выражен к Botrytis cinerea.
Рис. 5. Изменчивость устойчивости винограда у потомства F1 в зависимости от устойчивости исходных генотипов к различным патогенам.
Для выращивания сортов винограда с незначительными профилактическими защитными обработками достаточный уровень полевой устойчивости. Можно сделать вывод, что этот уровень достигнут и можно получить такой же к комплексу возбудителей в одном генотипе, а закономерности наследования устойчивости винограда не зависят от различий патогенов.
Результаты подтверждения экспериментальным путем процессов естественной эволюции
Развитие биологических наук и биотехнологий позволяет создавать формы растений, которые не удавалось вывести ранее, используя только традиционный метод генеративной гибридизации, при использовании биологического потенциала самих растений. Если виды подрода Euvitis скрещиваются между собой легко, то получить гибриды между видом V. vinifera (подрод Euvitis, 38 хромосом) и V. rotundifolia Michaux (подрод Muscadinia, 40 хромосом) удалось с большим трудом. Цель исследований – выведение методом аллотетраплоидии межродовых гибридов в пределах семейства Vitaceae. Поскольку в качестве материнских форм были включены в гибридизацию сорта V. Vinifera L. с нерассеченным листом и обладающие функционально женским типом цветка, то можно утверждать, что лист гибриды унаследовали от отцовской родительской формы (рис.6). Впервые в мире получены межродовые гибриды винограда.
Рис. 6. Листья исходных родительских форм Харти про Ливье и Ampelopsis cordata (а), Пикпуль черный и Ampelopsis acontifolia (б) и сеянцев, полученных в результате их гибридизации.
Современные селекционно-генетические исследования в институте «Магарач»
Работа по формированию новых геномов винограда базируются на сочетании методов генеративной гибридизации, индуцированного мутагенеза, полиплоидии, методов биотехнологии, соматического эмбриогенеза и маркер ассоциированной селекции (рис. 7, 2-я стр. обл.). [9–11]
Рис. 7. Маркер ассоциированная селекция (MAS)винограда на бессемянность.
Аутентичность виноградарства и виноделия России поддерживается на основе новых селекционных сортов института «Магарач», сочетающих достоинства автохтонных сортов с устойчивостью к био- и абиотическим факторам биосферы, обладающих обоеполым типом цветка (рис. 8, 2-я стр. обл.).
Рис. 8. Новый сорт винограда селекции института «Магарач» Кефесия Магарача.
Выводы. Представленный в статье материал позволяет проанализировать формирование научной школы генетических ресурсов, селекции и генетики винограда в России от Н.И. Вавилова. Развитие ампелографии как науки выявляет естественную изменчивость, отражающую процессы эволюции, накопление этих знаний помогло перейти к целенаправленной гибридизации, формировать в процессе экспериментальной эволюции частную генетику винограда и более успешно вести генеративную гибридизацию для выведения новых сортов культуры.
Об авторах
Владимир Владимирович Лиховской
ФГБУН «Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач»
Автор, ответственный за переписку.
Email: volynkin@magarach-institut.ru
доктор сельскохозяйственных наук
Россия, Ялта, Республика КрымВладимир Александрович Волынкин
ФГБУН «Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач»
Email: volynkin@magarach-institut.ru
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Россия, Ялта, Республика КрымАлла Анатольевна Полулях
ФГБУН «Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач»
Email: volynkin@magarach-institut.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, Ялта, Республика КрымВалерий Анатольевич Зленко
ФГБУН «Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач»
Email: volynkin@magarach-institut.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, Ялта, Республика КрымНаталья Леонидовна Студенникова
ФГБУН «Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач»
Email: volynkin@magarach-institut.ru
кандидат сельскохозяйственных наук
Россия, Ялта, Республика КрымГеннадий Юрьевич Спотарь
ФГБУН «Всероссийский национальный научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия «Магарач»
Email: volynkin@magarach-institut.ru
младший научный сотрудник
Россия, Ялта, Республика КрымСписок литературы
- Авидзба А.М. Эволюция исследований по проблемам ампелографии, генетики и селекции винограда в институте винограда и вина «Магарач» с XIX века. // Магарач. Виноградарство и виноделие. 2015. № 3. С. 3–7.
- Авидзба А.М., Волынкин В.А., Лиховской В.В. и др. Мировые ампелографические коллекции ННИИВиВ «Магарач» и СКЗНИИСиВ // Научный журнал КубГАУ. 2015. № 110(06). С. 1–27. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/96.pdf. (дата обращения 10.04.2024).
- Волынкин В.А., Полулях А.А., Котоловець З.В. Современная трактовка систематики диких форм и аборигенных сортов винограда по признакам ампелографии // Интерактивная ампелография и селекция винограда. Сб. мат. Межд. симпозиума. 20–22 сентября 2011, г. Краснодар. 2012. С. 31–43.
- Волынкин В.А., Полулях А.А. Современное представление о систематике винограда // «Магарач». Виноградарство и виноделие. 2018. № 4. С. 16–18.
- Голодрига П.Я. Совершенствование сортимента и методов селекции винограда // Сельскохозяйственная биология. 1972. № 5. С. 643–652.
- Голодрига П.Я. Сохранение генофонда винограда и пути его использования в селекционной работе // Сельскохозяйственная биология. 1984. № 5. С. 26–34.
- Гориславец С.М., Рисованная В.И., Волков Я.А. и др. Поиск и оценка дикорастущих форм винограда, произрастающих на территории Ялтинского горнолесного природного заповедника, с использованием молекулярных маркеров // Магарач. Виноградарство и виноделие. 2017. № 1. С. 19–21.
- Клименко В.П. Генетическая интерпретация клоновой селекции винограда // Магарач Виноградарство и виноделие, 2019. 21(4). С. 282–288. https://doi.org/10.35547/IM.2019.21.4.001
- Лиховской В.В., Волынкин В.А., Полулях А.А. и др. Методология селекции винограда: история, современность и будущее // Виноградарство и виноделие: Сб. науч. тр. ФГБУН «ВННИИВиВ “Магарач” РАН». Т. 49. Ялта, 2020. С. 14–17.
- Лиховской В.В., Зленко В.А., Хватков П.А. и др. Биотехнологические и молекулярно-генетические методы в селекции винограда // Садоводство и виноградарство. 2022. № 6. С. 5–15. https://doi.org/10.31676/0235-2591-2022-6-5-15
- Лиховской В.В., Зленко В.А., Спотарь Г.Ю., Клименко В.П. Новые технологии генетической трансформации винограда // Российские нанотехнологии. 2023. Т. 18. № 3. С. 393–396. https://doi.org/10.56304/S1992722323030068
- Маликов А.В. К истории изучения дикорастущего винограда Крыма. // Виноградарство и виноделие. Сборник научных трудов. 2020. Т. 49. С. 62–64.
- Негруль А.М. Виноградарство с основами ампелографии и селекции. Изд. 3-е, испр. и доп. М.: Гос. изд.-во сельхоз. лит-ры, 1959. 398 с.
- Полулях А.А., Волынкин В.А. Мировая ампелографическая коллекция Национального института винограда и вина «Магарач» // Виноградарство и виноделие: Сб. науч. тр. НИВиВ «Магарач». Ялта, 2014. С. 5–10.
- Трошин Л.П., Панкин М.И., Лиховской В.В. и др. Истории создания ампелографических коллекций юга России: монография под общ. ред. профессора Л.П. Трошина. Краснодар: КубГАУ, 2023. 194 с. ISBN 978-5-93856-754-2
Дополнительные файлы
