AP 08052804 (руководитель Альмерекова Ш.С.)

Краткая информация о проекте

(продолжительность проекта – 2020-2022 г.г.)

 

  Наименование проекта: ИРН AP08052804 «Создание и подтверждение эффективности KASP маркеров для ключевых признаков продуктивности и качества зерна двурядного ярового ячменя».

Двурядный ячмень является основным сырьем для пивоваренной промышленности в мире. В Казахстане наблюдается высокий коммерческий спрос на зарубежные сорта пивоваренного направления, ввиду низкой конкурентоспособности местных сортов. Для перелома ситуации и создания новых конкурентноспособных высокопродуктивных сортов пивоваренного направления необходимо разработать новые селекционные и генетические инструменты. Проект направлен на создание набора высокоинформативных ДНК-маркеров по технологии KASP (Kompetetive allele-specific polymorphism, или аллель-специфичный полиморфизм), связанных с продуктивностью и качеством зерна двурядного ячменя. В результате выполнения проекта будет создана генетическая база для создания новых конкурентоспособных пивоваренных сортов ячменя в Казахстане.

 

  Цель проекта: разработать набор ДНК-маркеров по технологии KASP для повышения эффективности селекционных программ, направленных на улучшение продуктивности и качества зерна двурядного ярового ячменя пивоваренного направления в Казахстане.

 

  Ожидаемые результаты:

  1. Характеристика коллекции двурядного ярового ячменя на севере и юго-востоке Казахстана по комплексу показателей продуктивности (не менее 10) и качества зерна (не менее 5). Будут осуществлены посев, фенологическая оценка, анализ структуры урожая и качества зерна коллекции ячменя в двух регионах Казахстана. Будут выделены перспективные образцы ярового ячменя пивоваренного направления.
  2. Будут идентифицированы локусы количественных признаков (QTL) и SNP-маркеры, статистически достоверно связанные с показателями качества зерна ячменя.
  3. Будет осуществлен дизайн KASP-маркеров для выявления генотипов ячменя с высоким потенциалом продуктивности и качества зерна. Будут оптимизированы условия ПЦР с использованием сортов-стандартов для северного и юго-восточного Казахстана. Будут созданы KASP-маркеры для отдельных показателей продуктивности и качества зерна.
  4. Будет осуществлено подтверждение эффективности набора KASP-маркеров на основе скрининга коллекции ярового двурядного ячменя с использованием статистических методов. Будет создан набор KASP-маркеров для выявления генотипов ярового ячменя с высоким потенциалом продуктивности и качества зерна для двух регионов страны.
  5. Будут подготовлены научно-методические рекомендации для использования набора KASP-маркеров для маркер-сопутствующей селекции ярового ячменя пивоваренного направления в Северном и Юго-Восточном Казахстане.

 

  Научный руководитель проекта:

  Ш.С. Альмерекова, старший научный сотрудник, PhD, имеет опыт работы в соответствующей области исследований; соавтор более 30 научных трудов, в т.ч. 10 в рецензируемых международных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science (Индекс Хирша 3, Rsearcher ID AAO-1157-2020) и/или имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus (Индекс Хирша 3, Scopus Author ID: 57196952712). ORCID https://orcid.org/0000-0002-6079-264X

  Члены исследовательской группы:

  А.К. Затыбеков, старший научный сотрудник, PhD, стажировался в Германии и Китае: имеет 32 научных труда в области биотехнологии, защиты растений, молекулярной генетики, в том числе 19 статей: 3 статьи в зарубежных рецензируемых журналах с высоким импакт-фактором в рецензируемых изданиях Web of Science (H-index 2, ResearcherID: AAC-2978-2019) и Scopus (H-index–3, Scopus Author ID: 57196942983), 16 статей в журналах, рекомендованных ККСОН МОН РК. соавтор 1 научно-методических рекомендаций, 2 Патентов на полезную модель. ORCID https://orcid.org/0000-0003-4310-5753

  Ш.Н. Әнуарбек, научный сотрудник, магистр, стажировалась в научных центрах Италии; имеет более 20 научных трудов, в том числе 6 статей (5 в рецензируемых журналах, WoS (H-index 3, ResearcherID: AAO-1161-2020) и Scopus (H-index 3, Scopus Author ID: 57192177334); 3 статьи в журналах, рекомендованных ККСОН МОН РК), 1 научно-методические рекомендации, др. ORCID https://orcid.org/0000-0002-8673-9820

  Ю.А. Гениевская, PhD-докторант 2-го года по теме проекта, младший научный сотрудник (МНС); соавтор 10 статей, индексируемых в Web of Science (H-index 4, Researcher ID: AAF-2410-2019) и Scopus (H-index 5, Scopus Author ID: 57196939730); стажировалась в Оксфорде. ORCID https://orcid.org/0000-0001-5987-2952

  А. Ы. Амалова, младший научный сотрудник, магистр, соавтор 5 статей (H-index 2, ResearcherID: AAO-1156-2020), Scopus Author ID: 57213623570; 3 КОКСОН). ORCID https://orcid.org/0000-0002-7903-3467

 

  Список публикаций и патентов исполнителей проекта за период 2015-2020 гг.

  1. Almerekova S., Sariev B., Abugalieva A., Chudinov V., Sereda G., Tokhetova L., Ortaev A., Tsygankov V., Blake T., Chao S., Genievskaya Y., Abugalieva S., Turuspekov Y. Association mapping for agronomic traits in six-rowed spring barley from the USA harvested in Kazakhstan // PLOS ONE. – 2019: 14(8). P.e0221064. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221064
  2. Genievskaya Y., Almerekova S., Sariev B., Chudinov V., Tokhetova L., Sereda G., Ortaev A., Tsygankov V., Blake T., Chao S., Sato K., Abugalieva S., Turuspekov Y. Marker-trait associations in two-rowed spring barley accessions from Kazakhstan and the USA // PLOS ONE. 2018: 13(10). P. e0205421 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0205421
  3. Almerekova S., Mukhitdinov N., Abugalieva S. Phylogenetic study of the endemic species Oxytropis almaatensis (Fabaceae) based on nuclear ribosomal DNA ITS sequences // BMC Plant Biology. 2017.  17(S1):19-27. https://doi.org/10.1186/s12870-017-1128-x
  4. Almerekova Sh., Lisztes-Szabo Z., Mukhitdinov N., Kurmanbayeva M., Abidkulova K., Sramko G. Genetic diversity and population genetic structure of the endangered Kazakh endemic Oxytropis almaatensis (Fabaceae) // Acta Botanica Hungarica. 2018. 60(3-4): 263-278. https://doi.org/10.1556/034.2018.1
  5. Almerekova S., Abugalieva S., Mukhitdinov N. Taxonomic assessment of the Oxytropis species from South-East of Kazakhstan // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 22(2):285-290. DOI: http://dx.doi.org/10.18699/VJ18.362
  6. Zatybekov A., Abugalieva S., Didorenko S., Gerasimova Y., Sidorik I., Anuarbek Sh., Turuspekov Y. GWAS of agronomic traits in soybean collection included in breeding pool in Kazakhstan // BMC Plant Biology. 2017. Vol.17 (Sl.1). Р. 64-70. https://doi.org/10.1186/s12870-017-1125-0
  7. Abugalieva S, Didorenko S, Anuarbek S, Volkova L, Gerasimova Y, Sidorik I, Turuspekov Y (2016) Assessment of Soybean Flowering and Seed Maturation Time in Different Latitude Regions of Kazakhstan. PLoS ONE 11(12): e0166894. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0166894
  8. , Abugalieva S., Didorenko S., Rsaliyev A., Turuspekov Y. GWAS of soybean breeding collection for resistance to fungal diseases in condition of South-East and South Kazakhstan // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2018. Vol.22(5):536-543. https://doi.org/10.18699/VJ18.392
  9. Anuarbek Sh.N., Abugalieva S.I., Chudinov V.A., Tuberosa R., Pecchioni N., Turuspekov Ye.K. Comparative assessment of the yield components of the tetraploid wheat world collection // Вестник КазНУ. Серия экологическая (Eurasian Journal of Ecology). 2:39-49.

 

  Достигнутые результаты за 2020-2021 г.г.:

  1. Коллекция ячменя, состоящая из 532 образцов (357 сортов и линий казахстанской и американской селекции, 175 линий картирующей популяции 2775 х М176) была изучена в полевых условиях юго-восточного (КазНИИЗиР, Алматинская обл.) и северного Казахстана (Карабалыкская СХОС, Костанайская обл.). Анализировали следующие 10 признаков, связанных с продуктивностью ячменя – фенологические признаки: время колошения и время от колошения до созревания; морфологические признаки: высота растения и длина верхнего междоузлия; компоненты урожайности: длина колоса, масса 1000 зерен, урожайность на м2, масса зерен с растения, количество зерен с растения, масса зерен с колоса. Биохимический анализ качества зерна проводился по 7 показателям: натура зерна, влажность зерна, содержание белка, содержание крахмала, содержание жиров, содержание клетчатки и содержание золы.
  2. Осуществлен полногеномый анализ ассоциаций (ПГАА), связанных с качеством зерна двурядного ярового ячменя, и идентификация локусов количественных признаков и SNP-маркеров, статистически достоверно связанных с показателями качества зерна ячменя. Выделены образцы ярового ячменя с оптимальными показателями как для пивоваренной промышленности, так и для кормопроизводства. На основе полученных данных проведен полногеномный анализ ассоциаций, в результате чего выявлено 20 ассоциаций маркер-признак, сгруппированных в 7 локусов количественных признаков (ЛКП). Найденные плейотропные ЛКП находились в непосредственной близости к известным генам цветения ячменя. Все ЛКП, обнаруженные в ходе данной работы, а также выделенные перспективные образцы ячменя, могут быть интегрированы в процесс селекции ячменя.
  3. Продолжено создание набора KASP-маркеров для отдельных показателей продуктивности и качества зерна. В ходе выполнения проекта в 2020 и 2021 году в состав набора включены 30 KASP-маркеров, ассоциированных с признаками продуктивности и качества зерна (масса 1000 зерен, урожайность на 1 м2, длина колоса, длина верхнего междоузлия, время колошения и созревания, продуктивная кустистость, содержание белка, крахмала, экстрактивность и натура зерна).
  4. Начато подтверждение (валидация) эффективности набора KASP-маркеров на основе скрининга коллекции ярового двурядного ячменя с использованием статистических методов, современных прикладных программ. Для валидации достоверности ассоциации маркеров с признаками качества и продуктивности ярового ячменя, выявленных в ходе ПГАА, была использована коллекция, состоящая из 34 перспективных линий, выращенных в 2020 году на полях Карабалыкской СХОС. Признаки, отобранные для валидации, являются важными показателями качества зерна ячменя.

 

  Публикации (2020-2021 г.г.):

  Список публикаций в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и (или) Scopus:

  1. Almerekova S., Genievskaya Y., Abugalieva S., Sato K., Turuspekov Y. Population structure and genetic diversity of two-rowed barley accessions from Kazakhstan based on SNP genotyping data // Plants (Q1 – Plant Sciences, IF=3.935, Процентиль 56 – Plant Science). – 2021. – V. 10. – № 10. – P. 2025. https://www.mdpi.com/2223-7747/10/10/2025

  Статьи в рецензируемом зарубежном и (или) отечественном издании с ненулевым импакт-фактором (рекомендованном КОКСОН):

  1. Genievskaya Y., Almerekova S., Abugalieva A., Abugalieva S. Genome-wide association study of grain quality traits in spring barley collection grown in Kyzylorda region // KazNU bulletin. Experimental Biology. – 2021. – V. 87. – №2. – P. 36-47. https://bb.kaznu.kz/index.php/biology/article/view/1606/1472
  2. Genievskaya Y., Almerekova S., Abugalieva A., Chudinov V., Abugalieva S. Genotype × environment interactions in grain quality traits and yield of barley grown in Kostanay and Almaty regions // KazNU bulletin. Eurasian Journal of Ecology. – 2021. – V. 68. – № 3. – P. 44-54. https://bulletin-ecology.kaznu.kz/index.php/1-eco/article/view/1185/933

 

  Тезисы международной конференции:

  1. Genievskaya Y., Almerekova S., Abugalieva A., Abugalieva S., Turuspekov Y. Marker-trait associations for barley grain quality traits identified in Karaganda and Kostanay regions using GWAS. The 6th international scientific conference Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2021). June 14–18, 2021, Novosibirsk, Russia. https://conf.icgbio.ru/plantgen2021/wp-content/uploads/sites/4/2021/06/PlantGene2021_v19.06.pdf

 

  Патент РК на полезную модель:

  1. Гениевская Ю.А., Альмерекова Ш.С., Абугалиева С.И., Туруспеков Е.К. Способ идентификации высококачественных линий ячменя (Hordeum vulgare) с использованием молекулярных маркеров по технологии KASP. Патент Республики Казахстан на полезную модель №6643 от 05.11.2021.

 

  Доклады на конференциях, семинарах (с указанием формы доклада):

  1. Гениевская Ю.А. – постерный доклад на международной конференции PlantGen https://conf.icgbio.ru/plantgen2021/2021/06/11/rumarker-trait-associations-for-barley-grain-quality-traits-identified-in-karaganda-and-kostanay-regions-kazakhstan-using-gwasenmarker-trait-associations-for-barley-grain-quality-traits-identi/