name: «Создание нового, генетически разнообразного исходного материала для селекции мягкой пшеницы на основе методов хромосомной инженерии и ДНК-маркирования»
keyword_list: Интрогрессивные линии методы хромосомной инженерии днк-маркирование исходный материал Селекция мягкой пшеницы
abstract: Актуальность темы. Успешное решение актуальных задач селекции мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) таких как высокая продуктивность, устойчивость к абиотическим и биотическим стрессам, качество зерна в первую очередь основывается на наличии достаточного генетического разнообразия, которое в процессе её доместикации и селекции было в значительной степени обеднено.
  В данной работе для решения фундаментальной задачи - расширения аллельного разнообразия культурной пшеницы предлагается два направления. Первое достигается за счёт использования генофонда её диких сородичей, а второе c помощью переноса одного или нескольких генов, определяющих хозяйственно-ценный признак, в коммерческие сорта посредством возвратного скрещивания, дальнейшего их контроля с помощью молекулярных маркеров и, в конечном итоге, получения генотипов с заданными свойствами.
  Степень разработанности исследования. В отделе биотехнологии ФГБНУ «НЦЗ им. П.П. Лукьяненко» (в дальнейшем НЦЗ), созданы уникальные синтетические гексаплоидные формы. Геномно-добавленная форма T. miguschovae (GGAADD), у которой геном D от Aegilops tauschii был добавлен к геномам GA, T. militinae и не имеющие аналогов геномно-замещенные формы Авродес и Авролата с замещением генома D мягкой пшеницы на геномы от Ae. speltoides и Ae. umbellulata соответственно (Жиров, 1980; Жиров, Терновская, 1984). На основе Авродес были получены рекомбинантные синтетические формы RS1 (GBAADS), RS6 (BBAADS) и RS7 (BBAAUS), у которых геном D мягкой пшеницы замещен на рекомбинантный геном от двух дикорастущих видов (Давоян и др., 2012).
  С использованием этих форм получено большое число интрогрессивных линий озимой мягкой пшеницы, характеризующихся устойчивостью к болезням, высоким содержанием белка в зерне и другими интересными для селекции морфологическими признаками и биологическими свойствами. Знание цитогенетических особенностей новых линий, изучение их характеристик в отношении важных хозяйственно-биологических свойств сделает более целенаправленным их использование в селекции мягкой пшеницы.
  Интеграция ДНК-маркеров в классическую селекцию привела к появлению MAS - селекции c помощью молекулярных маркеров, которая позволяет эффективно решать различные её задачи. Работы с ДНК-маркерами в НЦЗ ведутся по двум основным направлениям: 1) идентификация генов, детерминирующих ценные признаки в интрогресивных линиях; 2) MAS, направленная на создание сортов пшеницы с заданными качествами. В рамках данных направлений проводится анализ исходного материала, отбор на целевые гены, маркер-контролируемый беккросс и пирамидирование генов.
  Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования заключалась в создании нового, генетически разнообразного исходного материала для селекции мягкой пшеницы на основе методов хромосомной инженерии и ДНК-маркирования. Для достижения цели были поставлены следующие задачи.
  1. Изучить интрогрессивные линии, полученные с использованием синтетических форм T. miguschovae, Авродес, Авролата, RS1, RS6 и RS7 по морфо-биологическим признакам. Дать оценку по устойчивости к болезням, элементам продуктивности, содержанию и качеству белка в зерне, хлебопекарным характеристикам.
  2. Определить генетическую природу устойчивости к листовой ржавчине у интрогрессивных линий. Идентифицировать и изучить наследование генов устойчивости к данной болезни.
  3. Отобрать цитологически стабильные интрогрессивные линии мягкой пшеницы. Установить форму передачи генетического материала от синтетических форм T. miguschovae, Авродес, Авролата, RS1 и RS7 мягкой пшенице.
  4. С помощью ДНК- маркеров изучить интрогрессивные линии по аллельному состоянию генов, детерминирующих устойчивость к болезням, редукцию высоты растений, контролирующих синтез амилозы и определяющих состав крахмала в зерне, контролирующих чувствительность растений к фотопериоду и яровизации.
  5. Разработать схему маркер-контролируемого беккроссного отбора и создать линии-доноры, содержащие единичные гены и пирамиды генов устойчивости к листовой ржавчине, линии мягкой пшеницы с модифицированным соотношением амилозы и амилопектина.
  6. С использованием методов экологической селекции и ДНК- маркирования
  создать высокоадаптивные, высокопродуктивные, устойчивые к болезням и имеющие хорошие хлебопекарные качества сорта мягкой пшеницы.
  Результаты, полученные в настоящей работе, демонстрируют высокую эффективность создания и использования синтетических форм для решения фундаментальной задачи - расширения генетического разнообразия мягкой пшеницы за счет генофонда ее дикорастущих видов T. militinae, Ae. tauschii, Ae. speltoides и Ae. umbellulata.
  Созданные интрогрессивные линии представляют собой ценный для селекции мягкой пшеницы исходный материал и могут быть использованы в качестве новых доноров устойчивости к болезням, повышенного содержания белка и клейковины, улучшенных технологических свойств зерна.
  В ходе изучения интрогрессивных линий выявлена тенденция передачи от синтетических форм устойчивости одновременно к нескольким болезням. Отобраны линии устойчивые к двум, трём и четырём болезням (листовая, жёлтая ржавчины, мучнистая росса, септориоз). Большинство линий (89%) устойчивы к листовой ржавчине, при этом 34% проявляют высокую устойчивость с типом реакции (1-).
  Большое разнообразие полученного нами материала позволяет отбирать перспективные линии не только с устойчивостью к комплексу болезней, повышенным содержанием белка и клейковины, но и обладающие высокой продуктивностью, хорошими технологическими свойствами и хлебопекарными качествами. Линии, сочетающие продуктивность, хорошие хлебопекарные качества с групповой устойчивостью к болезням, рекомендованы для изучения в конкурсном сортоиспытании
  Цитологическими методами анализа установлено, что передача генетического материала от используемых синтетических форм, в основном, происходит в форме транслокаций и их комбинацией с замещением хромосом. Выявлены ранее не идентифицированные транслокации и замещения, которые могут нести новые гены, контролирующие ценные для селекции признаки, в том числе, что очень важно, новые гены устойчивости к болезням пшеницы.
  Оценка интрогрессивных линий по наличию ДНК-маркеров, сцепленных с генами, детерминирующими ценные хозяйственно-биологические признаки, выявила в них значительное аллельное разнообразие. Отобраны линии, несущие ДНК-маркеры, сцепленные генами устойчивости к листовой ржавчине Lr10, Lr26, Lr34, Lr35, Lr28, Lr51, LR39 и Lr50. Выявлены линии с мутантными аллелями генов короткостебельности Rht-B1b, Rht-B1е, Rht-D1b и Rht-8с. Аллели генов Vrn-A1, Vrn-B1, Ppd-D1, Wx-А1 и Wx-B1 в синтетических формах и у ряда линий отличаются от таковых у мягкой пшеницы и могут иметь другое фенотипическое проявление на формирование признака.
  Интрогрессивные линии с новыми, ранее не известными транслокациями и замещением хромосом, а также линии с идентифицированными генами хозяйственно-важных признаков, могут служить основой для дальнейшей селекционной работы по передаче генетического материала от дикорастущих видов, а также стать модельными объектами в фундаментальных исследованиях, направленных на понимание механизмов интрогрессии чужеродного хроматина в геном мягкой пшеницы. Информация о наличии генов ценных признаков в сортах и линиях мягкой пшеницы является важной для подбора родительских форм и разработки селекционных схем.
  Применяемая нами схема упрощённого варианта маркер-опосредованного беккросса оказалась эффективной стратегией с точки зрения передачи генов устойчивости к листовой ржавчине Lr9, Lr19, Lr24, Lr37, а также нуль-аллелей генов Wx-А1, Wx-В1, Wx-D1 в коммерческие сорта мягкой пшеницы селекции НЦЗ. С ее помощью получен ценный для селекции мягкой пшеницы исходный материал: линии с наличием эффективных Lr-генов, которые характеризуются устойчивостью к листовой ржавчине и другими важными агрономическими признаками; линии несущие нуль-аллели генов Wx с измененной активностью основных ферментов, участвующих в биосинтезе амилозы с улучшенными технологическими качествами зерна. ДНК-маркеры, подобранные для идентификации целевых генов, позволяют эффективно отбирать линии как с единичные генами, так и их пирамидами, и, тем самым, существенно сокращают размер выборки и, соответственно, время создания новых форм мягкой пшеницы.
  Несмотря на интенсивное развитие новых методов биотехнологии, таких как геномная селекция и геномное редактирование, методы хромосомной инженерии и MAS по-прежнему остаются доступными и эффективными технологиями для решения актуальных задач селекции.
  Переданные на Государственное сортоиспытание сорт альтернативного образа жизни Вызов и сорта яровой мягкой пшеницы Кулич и Данко, позволят расширить возможности производства в условиях, неблагоприятных для возделывания озимой мягкой пшеницы.
chairman_dissertation_council.name: Сергей
chairman_dissertation_council.surname: Гаркуша
chairman_dissertation_council.patronymic: Валентинович
chairman_dissertation_council.position: директор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор сельскохозяйственных наук
chairman_dissertation_council.rank: Член-корреспондент РАН
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: -
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Сергей
organization_supervisor.surname: Гаркуша
organization_supervisor.patronymic: Валентинович
organization_supervisor.position: директор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 68.35.03
rubrics.name: Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур
oecds.code: 01.06.DE
oecds.name: PLANT SCIENCES
speciality_codes.name: Селекция, семеноводство и биотехнология растений
speciality_codes.code: 4.1.2.
supervisors.fio: Беспалова Л.А.
supervisors.scientific_degree: Доктор сельскохозяйственных наук
supervisors.speciality_code: Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Зеленцов С.В.
opponents.scientific_degree: Доктор сельскохозяйственных наук
opponents.speciality_code: Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Щеглов С.Н.
opponents.scientific_degree: Доктор биологических наук
opponents.speciality_code: Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Хатефов Э.Б.
opponents.scientific_degree: Доктор биологических наук
opponents.speciality_code: Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБНУ "ФНЦ РИСА"
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РИСА"
protection_organization.ogrn: 1022301808000
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ФГБНУ "НЦЗ ИМ. П.П. ЛУКЬЯНЕНКО"
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ЗЕРНА ИМЕНИ П.П. ЛУКЬЯНЕНКО"
author_organization.ogrn: 1022301812136
author_organization.supervisor_name: АЛЕКСАНДР
author_organization.supervisor_surname: РОМАНЕНКО
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСЕЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения