AP 09258991 (руководитель Кохметова А.М.)

Краткая информация о проекте

(продолжительность проекта 36 месяцев, 2021-2023 г.)

 

  Наименование проекта: ИРН АР09258991 «Картирование локусов количественных признаков, ассоциированных с устойчивостью к бурой ржавчине в популяции рекомбинантных инбредных линий пшеницы из Казахстана».

  Актуальность. Бурая ржавчина (Puccinia recondita Rob.et Desm f. sp. tritici Eriks) наносит серьезный ущерб урожаю и качеству зерна. Ежегодные потери урожая в Казахстане от бурой ржавчины составляют от 10 до 30%, а в годы эпифитотий – до 50%. Использование генетически устойчивых сортов является наиболее эффективным, экономически и экологически надежным методом контроля болезней, позволяющим снизить или элиминировать применение фунгицидов и свести к минимуму потери урожая от ржавчины. Однако, популяция патогенов ржавчины преодолевает защиту устойчивых сортов, поскольку появляются вирулентные расы патогена, что влияет на особенности взаимодействия в системе хозяин – паразит и осложняет стратегию селекции. Идентификация целевых генов и локусов, детерминирующих устойчивость к болезням, делают процесс создания и внедрения сортов пшеницы более точным и надежным. QTL-картирование – это мощный инструмент для локализации генов в области хромосомы и идентификации тесно сцепленных с этими генами маркеров для маркер-опосредованной селекции. С разработкой генетических карт QTL-картирование стало широко используемым методом анализа количественной генетической изменчивости признака устойчивости к болезням. Технологии генных чипов SNP с высокой плотностью обеспечивают ценный подход к картированию QTL из-за меньшего количества ошибок в оценке, более высокой точности, более высокой плотности, чем маркеры SSR. Недавние исследования, проведенные в Казахстане, показали, что с появлением новых вирулентных рас патогена многие Lr-гены стали неэффективными. Поэтому необходимы новые знания о механизмах и генетических основах устойчивости к этому опасному для Казахстана заболеванию.  Однако проведено недостаточно исследований, направленных на изучение генетических основ количественной устойчивости и выявлению геномных регионов, связанных с устойчивостью к бурой ржавчине у селекционного материала казахстанской пшеницы.

  Идея проекта. Хотя бурая ржавчина (LR) Puccinia recondita является одной из наиболее опасных заболеваний пшеницы, исследований по изучению генетических основ количественной устойчивости и выявлению геномных регионов, связанных с устойчивостью к LR в Казахстане, не проводилось. Проект направлен на картирование локусов количественных признаков, ассоциированных с устойчивостью к LR в казахстанской популяции рекомбинантных инбредных линий (RIL) пшеницы.

  Цель проекта: «Картирование локусов количественных признаков, ассоциированных с устойчивостью к бурой ржавчине в популяции рекомбинантных инбредных линий пшеницы из Казахстана».

Для достижения цели будут решаться задачи: фенотипирование картирующей популяции RIL на проростковую и возрастную устойчивость к LR; генотипирование популяции RIL на основе технологии секвенирования DArTseq™ с использованием SNP маркеров; секвенированирование генотипов пшеницы; построение карты сцепления, идентификация QTL и информативных молекулярных маркеров, ассоциированных с устойчивостью к LR.

  Ожидаемые результаты. На основе QTL-картирования будут идентифицированы и картированы генетические локусы количественных признаков QTL, ассоциированные с устойчивостью к бурой ржавчине пшеницы, что в конечном итоге позволит выявить лучшие комбинации аллелей и линии пшеницы для использования в селекции пшеницы на устойчивость к этой болезни. Будут построены генетические карты сцепления, идентифицированы QTL, связанные с проростковой и возрастной устойчивостью к бурой ржавчине. Будут разработаны тесно сцепленные молекулярные маркеры, ассоциированные с устойчивостью к бурой ржавчине. Будут получены знания о реакции казахстанского селекционного материала на преобладающие расы патогена, что позволит разработать эффективные стратегии отбора. Идентифицированые ДНК-маркеры будут использовны не только в практической селекции, но и в фундаментальных исследованиях, направленных на понимание природы различных типов устойчивости и изолирование лежащих в их основе генов устойчивости.

  Научный руководитель проекта:

  Кохметова Алма Мырзабековна, д.б.н. (генетика), профессор, член-корреспондент НАН РК, заведующая лабораторией генетики и селекции ИББР, Национальный координатор Европейской Биотехнологической Ассоциации (EBTNA) по Казахстану. Опыт работы связан с изучением устойчивости к болезням с использованием технологии «Marker Assisted Selection» (MAS) и ассоциациативного картирования для повышения эффективности селекции на устойчивость к болезням. С 2015г. была руководителем и исполнителем 6 проектов, финансированных МОН и МСХ РК. Под ее руководством защищены 1 кандидатская, 4 PhD-докторские, 12 магистерских диссертаций, выполняется 1 PhD-диссертация. Индекс Хирша 7 (https://apps.webofknowledge.com/CitationReport.do?product=UA&search_mode=CitationReport&SID=E3DXTybnUxKUdPwFTe1&page=1&cr_pqid=1&viewType=summary). Имеет 300 публикаций, в т.ч. индексируемых БД WOS и Scopus. WOS-ID: M-6618-2015; Scopus-ID: 36010765900; ORCHID-ID:0002-0186-7832.

  Члены исследовательской группы:

  Атишова М.Н., образование высшее, магистр педагогических наук, научный сотрудник лаборатории генетики и селекции. Опыт работы: являлась участником 6 ГФ-проектов, проводила молекулярные и биоинформационные анализы. Индекс Хирша 5. Опубликовала 49 работ, в т.ч. 11 БД WOS и Scopus. Прошла стажировку по ассоциативному картированию устойчивости к болезням пшеницы, институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск, РФ (2019г). Роль в проекте: фенотипирование и QTL-картирование локусов устойчивости к LR. Scopus-ID: 55513476500; ORCHID-ID: 0000-0002-2270-571X.

  Кеишилов Ж.С., образование высшее, магистр сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник лаборатории генетики и селекции. Индекс Хирша 1. Опыт работы: был участником 6 ГФ-проектов, опубликовал 22 работы. Роль в проекте: мониторинг патогена в регионах Казахстана, полевая оценка устойчивости к бурой ржавчине. Scopus-ID: 57221382183; ORCHID-ID: 0000-0003-2126-6951.

  Кумарбаева М.Т., образование высшее, магистр сельскохозяйственных наук, PhD докторант КазНАУ, младший научный сотрудник лаборатории генетики и селекции ИББР. Индекс Хирша 2. Опубликовала 16 работ, в т.ч. 3 в WOS и Scopus. Опыт работы: исполнитель ГФ-проекта, проводила фитопатологическую оценку перспективных линий пшеницы. Роль в проекте: фенотипирование образцов пшеницы по устойчивости к патотипам бурой ржавчины. Scopus-ID: 57213619570; ORCHID-ID: 0000-0002-5588-6772.

  Жанузак Д.К., образование высшее, магистр технических наук, младший научный сотрудник лаборатории генетики и селекции ИББР. Индекс Хирша 1. Владеет фитопатологическими и молекулярными методами. Роль в проекте: полевая оценка устойчивости к бурой ржавчине. Scopus-ID: 57226127734; ORCHID-ID: 0000-0002-2252-0870.

  Болатбекова А.А., образование высшее, магистр сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник лаборатории генетики и селекции. Индекс Хирша 1. Роль в проекте: мониторинг патогена, полевая оценка устойчивости к бурой ржавчине. Scopus-ID: 57226105668; ORCHID-ID: 0000-0003-4694-9214.

  Малышева А., бакалавр, магистрант КазНУ им. Аль-Фараби, лаборант лаборатории генетики и селекции ИББР. Индекс Хирша 1. Владеет фитопатологическими и молекулярными методами. Роль в проекте: полевая оценка и молекулярный скрининг устойчивости к бурой ржавчине. Scopus-ID: 57226102193; ORCHID-ID: 0000-0002-9840-9570.

  Бахытулы К., бакалавр, магистрант КазНУ им. Аль-Фараби, лаборант лаборатории генетики и селекции ИББР. Владеет фитопатологическими методами. Роль в проекте: полевой скрининг устойчивости к бурой ржавчине.

  Sehgal Deepmala, зарубежный исполнитель, PhD, генетик растений, Глобальная программа по пшенице, CIMMYT, Мексика. Член международного общества Genome India International, член Ассоциации по продвижению ДНК-Finger Printing и связанных с ними технологий ДНК, индекс Хирша – 18 (Scopus ID 9638035500). Опыт работы: аллельная разработка ключевых генов-кандидатов на устойчивость к абиотическим и биотическим стрессам, оценка генетического и функционального разнообразия сортов растений с использованием GBS.

  Список публикаций и патентов исполнителей проекта за период 2015-2021 г.г.

  1. Kokhmetova A., Madenova A., Kampitova G., Urazaliev R., Yessimbekova M., Morgounov A., Purnhauser L. 2016. Identification of leaf rust resistance genes in wheat cultivars produced in Kazakhstan//Cereal Research Communications.44(2):240–250.DOI:10.1556/0806.43.2015.056. If 0.708. WOS
  2. Kokhmetova A., Sehgal D., Ali S., Atishova M., Kumarbayeva M., Leonova I., Dreisigacker S. 2021. Genome-Wide Association Study of tan spot resistance in a hexaploid wheat collection from Kazakhstan. Front. Genet. 11:581214. DOI: 10.3389/fgene.2020.581214. IF 3.26. WOS Q2.
  3. A. Kokhmetova, O.Kremneva, G.Volkova, M.Atishova, Z.Sapakhova. 2017. Еvaluation of wheat cultivars growing in Kazakhstan and Russia for resistance to tan spot//Journal of Plant Pathology.99(1):161-167. DOI:10.4454/jpp.v99i1.3812.If 1.041. WOS, 2017г. Q3
  4. Morgounov A., Akin B., Demir L.Ã., Keser M., Kokhmetova A., Martynov S., Orhan Å., Ozdemir F., Ãzseven Ä., Sapakhova Z., Yessimbekova M. 2015.Yield gain in leaf rust resistant and susceptible winter wheat varieties due to fungicide application//Crop and Pasture Science.66(7):649-659.DOI:10.1071/CP14158. If 1.601. WOS Q2
  5. 5. Kokhmetova A., Sharma,R., Rsaliyev,S., Galymbek,K., Baymagambetova,K., Ziyaev,Z., Morgounov,A. 2018. Evaluation of Central Asian wheat germplasm for stripe rust resistance//Plant Genetic Resources.16(2):178-184.Doi:10.1017/S1479262117000132. IF 0.792. WOS. Q4.
  6. Кохметова А., Али С., Сапахова З., Атишова М.2018. Идентификация генотипов­носителей устойчивости к токсинам пиренофороза Ptr ToxA и Ptr ToxB Pyrenophora tritici-repentis в коллекции мягкой пшеницы//Вавиловский журнал генетики и селекции.
    22(8):978­-986. DOI:10.18699/VJ18.440. Scopus, SJR 0.15, Q4, 31-й процентиль.
  7. A. Kokhmetova, Atishova M., Kumarbayeva M., Leonova I.2019. Phytopathological screening and molecular marker analysis of wheat germplasm from Kazakhstan and CIMMYT for resistance to tan spot//Вавиловский журнал генетики и селекции.23(7):879-886. DOI:10.18699/VJ19.562. Scopus SJR 0.15, Q4, 31-й процентиль.
  8. Кохметова А.М., Коваленко Н.М., Кумарбаева М.Т. 2020. Структура популяции Pyrenophora triticirepentis в Республике Казахстан и идентификация устойчивой к пиренофорозу гермоплазмы пшеницы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2020;24(7):722-729. DOI 10.18699/VJ20.666, SJR 0.15,Q4,31-й процентиль.
  9. Galymbek K., Kokhmetova A.M., Akan K., Madenova A.K., Atishova M.N.2017. Identification of germplasm of wheat on leaf rust (Puccinia recondita Rob.)//Ecology, Environment and Conservation.23(2):1211-1218. Scopus Q4,SJR 0.14.
  10. Madenova A.K., Kokhmetova A.M., Atishova M.N., Galymbek K., Yernazarova G.I.2019. Identification of carriers of resistance to common bunt (Tilletia caries) of winter wheat, Research on Crops.20(4):782-790.DOI:10.31830/2348-7542.2019.115. Scopus Q3, SJR 0.
  11. Madenova A.K., Kokhmetova A.M., Atishova M.N., Galymbek K., Keishilov Z.S. 2019.Molecular screening for resistance to common bunt (Tilletia caries) of wheat//Journal of Biotechnology. 305S:185. IF 2,667. Proc.‘European Biotechnology Congress 2019,Valencia,Spain,2019.
  12. Kokhmetova A., Atishova M.N. Identification wheat genotypes resistant to to tan spot Pyrenophora tritici-repentis//Bulletin of the NAS Republic of Kazakhstan.2:29-35.Doi:32014/2020.2518-1467.38
  13. Kokhmetova A., Atishova M.N., Galymbek K.2020.Identification of wheat germplasm resistant to leaf, stripe and stem rust using molecular markers//Bulletin of the NAS Republic of Kazakhstan.2:45-52.DOI:32014/2020.2518-1467.40.
  14. Kokhmetova A, Rsaliyev S, Atishova M, Kumarbayeva M, Malysheva A, Keishilov Z, Zhanuzak D, Bolatbekova A. Evaluation of wheat germplasm for resistance to leaf rust (Puccinia triticina) and identification of the sources of Lrresistance genes using molecular markers // Plants. 2021; 10(7):1484. org/10.3390/plants10071484 БД Web of Science; Q1, IF 3.935, процентиль Scopus 56, процентиль JIF 80,21.
  15. Y. Kremneva, K.E. Gasiyan, A. V. Ponomarev, A.M.Kokhmetova, S. I. Novoseletsky. Influence of the tillage method on the development of leaf diseases of winter wheat // E3S Web Conf. Vol. 285, 2021. International Conference on Advances in Agrobusiness and Biotechnology Research (ABR 2021) DOI: 10.1051/e3sconf/202128502027 БД Scopus.

 

  Монографии, методические рекомендации:

  1. Кохметова А.М. Генетические аспекты адаптивности пшеницы. Алматы,2005г.-225с.
  2. Рсалиев Ш., Кохметова А.М., Седловский А., Рсалиев А., Тилеубаева Ж.С., Тюпина Л.Н., Есенбекова Г.Т., Атишова М.Н., Агабаева А.Ч. Каталог сортов и образцов пшеницы с генами устойчивости к листовой ржавчине: методические рекомендации // Методические рекомендации. – Алматы. – 100 с.
  3. Кохметова А.М., Сапахова З.Б., Атишова М.Н., Кумарбаева М.Т., Маденова А.К. Маркерная селекция (Marker Assisted Selection) для создания перспективных форм пшеницы, устойчивых к желтой и бурой ржавчине // Методические рекомендации. Алматы, 2015 – 32с.
  4. Кохметова А.М. Идентификация источников устойчивости пшеницы к пиренофорозу. — Алматы. Жебе-дизайн. 2021. – 238 с.

  Патенты, авторские свидетельства руководитля проекта:

Имеется 4 авторских свидетельств и 4 патента на новые сорта пшеницы (Раминал, 2008г.; Алихан, 2014г.; Казахстан-75, 2016г.; Степная-53, 2016г.), сертификаты на объекты интеллектуальной собственности (программы «Генотип-среда» и «Генетический анализ»).

 

  Достигнутые результаты за 2021 г.

Проведено фенотипирование казахстанской популяции рекомбинантных инбредных линий пшеницы (RIL) Almaly/Anza на проростковую и возрастную устойчивость к P. recondita. Отобрано 15 линий пшеницы, проявивших устойчивость одновременно ко всем 4-м патотипам P. Recondita; 9 линий, устойчивых к 3-м патотипам KHP/F, TKT/H, FKL/M, 19 линий, устойчивых к патотипам THT/F, TKT/H, FKL/M и 11 линий, устойчивых к патотипам THT/F, KHP/F, FKL/M. Популяция RIL фенотипирована по возрастной устойчивости к P. recondita. Частота встречаемости устойчивых генотипов составила 50,8% (104 генотипа), а восприимчивых к бурой ржавчине – 49,2% (101 генотип). Впервые идентифицировано 15 линий пшеницы, проявивших одновременно устойчивость к 4-м патотипам P. recondita и 7 RIL, которые сочетали проростковую и полевую устойчивость; эти 22 образца являются перспективными линиями для программ селекции по повышению устойчивости к бурой ржавчине. По результатам исследований опубликовано 2 статьи, в т.ч., 1 статья в журнале Plants, входящем в БД Web of Science (Q1, IF 3.935, процентиль Scopus 56, процентиль JIF 80,21) и 1 статья, входящая в БД Scopus (E3S Web Conf.).

  Публикации

Статьи в изданиях, входящих в базу данных Web of Science Core Collection

  1. Kokhmetova A, Rsaliyev S, Atishova M, Kumarbayeva M, Malysheva A, Keishilov Z, Zhanuzak D, Bolatbekova A. Evaluation of wheat germplasm for resistance to leaf rust (Puccinia triticina) and identification of the sources of Lr resistance genes using molecular markers // Plants. 2021; 10(7):1484. DOI.org/10.3390/plants10071484 БД Web of Science; Q1, IF 3.935, процентиль Scopus 56, процентиль JIF 80,21.
  2. O. Y. Kremneva, K.E. Gasiyan, A. V. Ponomarev, A.M.Kokhmetova, S. I. Novoseletsky. Influence of the tillage method on the development of leaf diseases of winter wheat // E3S Web Conf. Vol. 285, 2021. International Conference on Advances in Agrobusiness and Biotechnology Research (ABR 2021) DOI: 10.1051/e3sconf/202128502027 БД Scopus.