AP 09259168 (руководитель Туруспеков Е.К.)

Краткая информация о проекте

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

 

  Наименование проекта: ИРН AP09259168 «Полногеномный ассоциативный анализ признаков урожайности и качества зерна для повышения эффективности селекции озимой пшеницы в Казахстане».

Казахстан является одной из ведущих стран-экспортеров пшеницы в мире, выращивая данную культуру на территории 12 миллионов гектаров. В связи с лимитирующими факторами окружающей среды, средняя продуктивность яровой пшеницы редко превышает 1.3 т/га, тогда как средняя урожайность озимой пшеницы, возделываемой ежегодно на территории 500 тыс. га, составляет 1.8-2.0 т/га. В связи с этим, необходимо уделить особое внимание усилению селекционно-генетических исследований по озимой форме мягкой пшеницы посредством 1) активного использования в селекционных схемах перспективных генетических ресурсов озимой пшеницы из других стран и регионов мира, и 2) внедрения современных методов молекулярной генетики, включая новые геномные технологии.

Целью данного проекта является поиск генов ценных признаков урожайности и качества озимой пшеницы на основе полногеномного анализа ассоциаций (ПГАА) для развития молекулярной селекции Triticum aestivum L. в Казахстане.

Проект является логическим продолжением работы центрально-азиатской инициативы по селекции пшеницы (ЦАИСП), созданной в рамках международного семинара в г. Алматы, Казахстан, в 2018 г. В данном проекте сформирована гомозиготная коллекция ЦАИСП, состоящая из 289 сортов и линий озимой пшеницы (200 образцов из Центральной и Западной Азии и 89 образцов из Европы), на основе применения метода SSD (single seed descent, или происхождение от одного семени), которая тестируется в полевых условиях НИУ в Туркестанской и Алматинской областей. Сформированная коллекция ЦАИСП изучается по комплексу сложных количественных признаков, определяющих урожайность и качество зерна.  В результате исследований, ЦАИСП коллекция генотипирована с использованием 35 тысяч SNP маркеров с использованием платформы Axiom (компания Affymetrix). Полученные данные будут использованы для идентификации генов и локусов количественных признаков, определяющих урожайность и качество зерна, на основании использования различных прикладных программ для полногеномного анализа ассоциаций (ПГАА). На последнем этапе проекта будут созданы новые информативные ДНК-маркеры для изучаемых хозяйственно-ценных признаков для использования в селекции озимой пшеницы.

  Цель проекта: поиск генов ценных признаков урожайности и качества озимой пшеницы на основе полногеномного анализа ассоциаций (ПГАА) для развития молекулярной селекции Triticum aestivum L. в Казахстане.

  Ожидаемые результаты:

  1. Будет сформирована ЦАИСП коллекция озимой пшеницы, состоящая из 289 образцов Центральной и Западной Азии и Европы. Коллекция будет генотипирована с использованием 35 тысяч SNP-маркеров на базе платформы Affymetrix.
  2. Будет осуществлена фенотипическая оценка признаков урожайности ЦАИСП коллекции озимой пшеницы в условиях Южного и Юго-восточного Казахстана.
  3. Будет изучена вариабельность коллекции по признакам качества зерна образцов озимой мягкой пшеницы, выращенных в условиях Южного (КСХОС) и Юго-восточного Казахстана.
  4. Будет осуществлена кластеризация образцов озимой пшеницы Центральной и Западной Азии на основе использования генотипирования с использованием 35К SNP-маркеров и сравнения с образцами мировой коллекции пшеницы. Определен уровень разнообразия известных ключевых генов пшеницы в ЦАИСП-коллекции.
  5. Будут идентифицированы гены, определяющие урожайность и качество зерна на основе использования методологии ПГАА и различных статистических методов для поиска ассоциаций между SNP-маркерами и количественными признаками.
  6. Будет подтверждена значимость идентифицированных SNP-маркеров на основе изучения разнообразного генетического материала и ПЦР с обратной транскрипцией для образцов пшеницы на различных стадиях развития растений.

  Научный руководитель проекта:

  Туруспеков Ерлан Кенесбекович, заведующий лабораторией молекулярной генетики, кандидат биологических наук, профессор. Соавтор более 100 публикаций, в т.ч. 50 в рецензируемых международных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science (H-index 12, Researcher ID: C-3458-2011) и/или имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus (Индекс Хирша 14, Scopus Author ID: 57197860996), включая 29 статей за период 2016-2021 г.г. ORCID https://orcid.org/0000-0001-8590-1745

  Члены исследовательской группы:

  С.И. Абугалиева, главный научный сотрудник, доктор биологических наук, профессор. Соавтор >100 статей (37 статей в рецензируемых зарубежных научных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science (ResearcherID: M-6690-2015) и/или Scopus (H-index 8, Scopus Author ID: 6507029042); 50 статей в журналах КОКСОН и др.; соавтор 6 монографий, 5 научно-методических рекомендаций, сортов яровой мягкой пшеницы, ярового и озимого ячменя.

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

Ш.Н. Ануарбек, научный сотрудник, магистр, имеет более 20 научных трудов, в т.ч. 6 статей (5 в рецензируемых журналах, WoS и Scopus (H-index 3, Scopus Author ID: 57192177334); 3 статьи в журналах КОКСОН), 2 патента (полезная модель), 1 научно-методические рекомендации и др. ORCID https://orcid.org/0000-0002-8673-9820

  Зарубежный ученый-консультант: Профессор Саймон Гриффис, Джон Иннес Центр, Норвич, Великобритания. Имеет >100 статей, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus (H-index 34 Scopus Author ID: 7102341547).

 

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

  1. Turuspekov Y., Plieske J., Ganal M., Akhunov E., Abugalieva S. (2017) Phylogenetic analysis of wheat cultivars in Kazakhstan based on the wheat 90K single nucleotide polymorphism array. Plant Genetic Resources: Characterisation and Utilisation (IF=0.792, Q4, SJR=0.312, percentile: 43). 15(1):29-35. DOI: https://doi.org/10.1017/S1479262115000325.
  2. Turuspekov Y., Baibulatova A., Yermekbayev K., TokhetovaL., Chudinov V., SeredaG., Ganal M.W, Griffiths S., Abugalieva S. (2017). GWAS for plant growth stages and yield components in spring wheat (Triticum aestivum) harvested in three regions of Kazakhstan. BMC Plant Biology (IF=4.311, Q1; SJR=1.687, percentile 92). 17(S1):51-61. DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-017-1131-2.
  3. Turuspekov Y., Ormanbekova D., Rsaliev A., Abugalieva S. (2016) Genome-wide association study on stem rust resistance in Kazakh spring barley lines. BMC Plant Biology (IF=4.311, Q1, SJR=1.687, percentile 92). 16(1):13-21. DOI: https://doi.org/1186/s12870-015-0686-z.
  4. Anuarbek S, Abugalieva S, Pecchioni N, Laidò G, Maccaferri M, Tuberosa R, Turuspekov Y. (2020) Quantitative trait loci for agronomic traits in tetraploid wheat for enhancing grain yield in Kazakhstan environments. PloSONE (IF=3.337, Q2; SJR=1.100, percentile 89). 15(6): e0234863. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0234863
  5. Genievskaya Y., Fedorenko Y., Sarbayev A., Amalova А., Abugalieva S., Griffiths S., Turuspekov Y. (2019). QTL mapping of adult-plant resistance to leaf and stem rusts in Pamyati Azieva × Paragon mapping population of common spring wheat. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii (SJR=0.147, percentile 31). 23(7):887-895. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ19.563.
  6. Almerekova S., Sariev B., Abugalieva A., Chudinov V., Sereda G., Tokhetova L., Ortaev , Tsygankov V., Blake T., Chao S., Genievskaya Y., Abugalieva S., Turuspekov Y.* (2019). Association mapping for agronomic traits in six-rowed spring barley from the USA harvested in Kazakhstan, PlosONE (IF=3.337, Q2; SJR=1.100, percentile 89). 14(8):e0221064. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221064.
  7. Anuarbek S., Abugalieva S., Turuspekov Y.* (2019). Validation of bread wheat KASP markers in durum lines in Kazakhstan, Proceeding of the Latvian Academy of Sciences. Section B (SJR=0.137, percentile 31). 73(5):462-465. DOI: https://doi.org/10.2478/prolas-2019-0071.
  8. 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.* (2018). Marker-trait associations in two-rowed spring barley accessions from Kazakhstan and the USA, PlosONE (IF=3.337, Q2; SJR=1.100, percentile 89). 13(10):e0205421. DOI: http://doi.org/10.1371/journal.pone.0205421
  9. Farré, A., Sayers, L., Leverington-Waite, M., Goram, R., Orford, S., Wingen, L., C. Mumford & Griffiths, S*. (2016). Application of a library of near isogenic lines to understand context dependent expression of QTL for grain yield and adaptive traits in bread wheat. BMC plant biology, (IF= 3.67, Q1) 16(1):161.
  10. Griffiths, S.*, Wingen, L., Pietragalla, J., Garcia, G., Hasan, A., Miralles, D., … & Snape, J. (2015). Genetic dissection of grain size and grain number trade-offs in CIMMYT wheat germplasm. PloSONE (IF=2.776 Q2; SJR=1.100, percentile 90) 10(3).

 

  Результаты за 2021 г.г.:

  1. Сформирована ЦАИСП-коллекция озимой пшеницы, состоящая из 289 образцов Центральной и Западной Азии и Европы с использованием метода SSD.
  2. Сформированная коллекция генотипирована с использованием 35 тысяч SNP-маркеров платформы Affymetrix, данные предоставлены зарубежным участником (консультантом) проекта проф. С. Гриффитс (John Innes Centre, Великобритания).
  3. Осуществлены фенологические и фенотипические наблюдения коллекции озимой мягкой пшеницы в двух рандомизированных повторностях в двух регионах страны – на юге (Туркестанская область) и юго-востоке (КазНИИЗиР, Алматинская обл.) страны в 2020-2021 г.г. Начата оценка признаков качества зерна образцов озимой мягкой пшеницы, выращенных в КСХОС и КазНИИЗиР.
  4. Изучены филогенетические связи образцов коллекции и осуществлена кластеризация образцов озимой пшеницы Центральной и Западной Азии (200 сортов и линий) на основе использования данных SNP-генотипирования с использованием 35К SNP-маркеров и сравнения с образцами мировой коллекции пшеницы (>600).
  5. Осуществлен полногеномный анализ ассоциаций (ПГАА) коллекции озимой мягкой пшеницы, состоящей из 289 образцов, выращенных в полевых условиях Алматинской и Туркестанской областях в 2020-2021 г.г. с использованием 10481 полиморфных SNP маркеров. Идентифицировано 127 ЛКП (47 для признаков адаптивности и 80 – продуктивности) по эксперименту для Алматинской области, и 52 ЛКП для исследуемых признаков – по Туркестанской области. 14 из выявленных ЛКП проявляли плейотропный эффект.

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

  1. Turuspekov Y. Deployment of SNP genotyping in wheat genetics and breeding projects of Kazakhstan // Training Webinar on Acquisition, Conservation, Exchange and Safety Duplication of Plant Genetic Resources in OIC Member Countries – ASIA”. — 13-14 July 2021- Islamabad, Pakistan. (устный доклад)

  Выступления в средствах массовой информации:

Проф. Туруспеков Е.К. – на телеканале Хабар 24 – #Наука #СельскоеХозяйство #Семена – «Как наука переживает тяжелые времена в сельском хозяйстве | Наука». https://youtu.be/sO8f-auMBeU