Краткая информация о проекте
(2022-2024 г.г.)
Наименование проекта: ИРН АР13067825 «Изучение генетической устойчивости сахарной свеклы к ризомании и отбор перспективных сортов для направленной селекции».
Актуальность. В настоящий момент, борьба с опасными патогенами ориентируется на геномную селекцию устойчивых генотипов нежели на использование пестицидов. В мире, с помощью направленной селекции были выведены сорта устойчивые к различным грибковым, бактериальным и вирусным патогенам. Селекция устойчивых генотипов сахарной свеклы затруднена ограниченным генетическим разнообразием имеющихся сортов. Основной путь выведения устойчивых сортов к биотическому стрессу заключается в интрогрессии генов диких видов таких как B. vulgaris L. ssp. maritima L. (Arcang.) и видов Patellifolia. Известны устойчивые линии и сорта европейской селекции к широко распространённому и опасному заболеванию — ризомании свеклы, вызываемому BNYVV (вирус пожелтения жилок свеклы). Ризомания способна приводит к снижению урожайности свеклы на 45-50% и снижению содержания сахара в корнеплодах на 60-79%. В Казахстане распространен редкий и малоизученный Р штамм BNYVV, который был выявлен в 2000 году. Известны гены Rz, ассоциированные с устойчивостью к BNYVV, которые были получены путем интрогрессии. Местные сорта сахарной свеклы ранее не изучались на предмет устойчивости к ризомании, также не известно распространение штаммов А и В на свекольных полях страны.
Цель проекта: молекулярно-генетическое изучение устойчивости местных сортов сахарной свеклы к ризомании с целью отбора перспективных паспортизированных сортов для направленной селекции.
Ожидаемые результаты:
1) публикация статей в зарубежных рецензируемых научных журналах
— не менее 2 (двух) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 35 (тридцати пяти);
— либо не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании по научному направлению проекта, индексируемом в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющем процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 35 (тридцати пяти), и не менее 1 (одного) патента, включенного в базу данных Derwent Innovations Index (Web of Science, Clarivate Analytics);
— не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСОН;
— либо не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании, входящем в 1 (первый) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science;
Предполагаемые издания: Phytopathology, CiteScore 2020- 5.5, Percentile -88%, Q-1 https://www.scopus.com/sourceid/16559$; Virology, CiteScore 2020- 6.2, Percentile -68%, Q-3 https://www.scopus.com/sources.uri; Journal of Phytopathology, CiteScore 2020- 2.6, Percentile -64%, Q-3, https://www.scopus.com/sourceid/19226; Plant Disease, CiteScore 2020- 3.0, Percentile -71%, Q-1, https://www.scopus.com/sourceid/60195.
2) опубликование монографий, книг и (или) глав в книгах зарубежных и (или) казахстанских издательств; не предусматривается
3) получение патентов в зарубежных патентных бюро (европейском, американском, японском), в казахстанском или евразийском патентном бюро; будет получен патент на разработку ускоренной системы обнаружения вируса, основанной на изотермической амплификации.
4) разработка научно-технической, конструкторской документации; не предусмотрено
5) распространение результатов работ среди потенциальных пользователей, сообщества ученых и широкой общественности; будут опубликованы и распространены научные статьи и методические пособия по результатам исследования распространения штаммов вируса BNYVV, уровня устойчивости локальных сортов сахарной свеклы к ризомании, генетические паспорта локальных сортов.
6) другие измеримые результаты в соответствии с требованиями конкурсной документации и особенностями проекта.
1) область применения и целевые потребители каждого из ожидаемых результатов;, агропромышленный комплекс, направленная селекция растений, фитосанитария. Научно-исследовательские лаборатории селекции растений, Учебный научно-производственный центр Байсерке-Агро, КазНИИ аграрного направления.
2) влияние ожидаемых результатов на развитие основного научного направления и смежных областей науки и технологий; изучение распространения вируса BNYVV на территории Казахстана, а также идентификация состава штаммов позволит понять глобальную карту циркуляции вируса, динамику штаммов по регионом и взаимосвязь между вирусом и устойчивыми сортами сахарной свеклы. Изучение сортов сахарной свеклы местной селекции позволит пополнить международный генофонд для выявления генов устойчивости к опасным фитопатогенам. Изучение экспрессии генов устойчивости в ответ на инфекцию позволит выявить влияние штаммов и (или) изолятов вируса на уровень устойчивости, а также влияние генетического окружения на активность интрогрессных генов. Результаты исследования позволят улучшить подходы селекции в выведении новых сортов, а также использовать паспорта устойчивых сортов в маркер-опосредованной селекции. Разработанные мультиплексные системы для идентификаии аллельных вариантов устойчивости генов Rz1 и Rz2 позволят ускорить отбор сортов с интрогрессными генами устойчивости к вирусу для целей направленной селекции.
3) применимость и (или) возможность коммерциализации полученных научных результатов; результаты исследования могут быть использованы в быстрой и высокочувствительной детекции вируса BNYVV, а также в дифференциации штаммов вируса, в быстром скрининге сортов на наличие генов устойчивости к ризомании для селекции новых сортов культурных растений. Результаты исследования обладают высоким потенциалом для коммерциализации и могут быть использованы для оказания услуг по обнаружению вируса в растительном материале и отбору устойчивых сортов сахарной свеклы.
4) социальный, экономический, экологический, научно-технический, мультипликативный и (или) иной эффект результатов проекта с обоснованием; возделывание и выведение качественных сортов культурных растений позволит повысить урожайность и обеспечить потребность в продуктах АПК. Возделывание устойчивых сортов к фитопатогенам позволит снизить интенсивность обработок пестицидами, загрязнение окружающей среды и за короткое время перейти к органической продукции. В Казахстане возделывание ГМ растений запрещено, улучшение продуктивности культурных растений путем маркер-опосредованной селекции является актуальной задачей для развития АПК страны.
5) другие прямые и косвенные результаты проекта с указанием их качественных и количественных характеристик; Будут впервые получены данные по распространенности штаммов вируса BNYVV на свекольных полях Казахстана, отобраны устойчивые сорта сахарной свеклы к опасному вирусу BNYVV и сформированы для них генетические паспорта, которые будут предложены селекционерам страны.
Научный руководитель проекта: Сапахова Загипа Бейсеновна
Члены исследовательской группы:
1.Гриценко Д.А.
2. Низамдинова Г.К.
3. Хуснитдинова М.А.
4. Таскужина А.К.
5. Капытина А.И.
6. Керімбек Н.М.
7. Костюкова В.С.
Список публикаций и патентов исполнителей проекта за период 2017-2022 гг.
1. Gritsenko, D., Zulfiya Kachiyeva, Gulzhan Zhamanbayev, Bakhytzhan DuisembekoV, Abai Sagitov. Detection of five potato viruses in Kazakhstan // IX International scientific agriculture symposium “AGROSYM 2018”., p. 611.
2. Kokhmetova A., Kremneva O., Volkova G., Atishova M., Sapakhova Z. Evaluation of wheat cultivars growing in Kazakhstan and Russia for resistance to tan spot // Journal of Plant Pathology. – 2017. – Vol. 99 (1). – P. 161-167. DOI: 10.4454/jpp. v99i1.3812. (процентиль-41).
3. Kokhmetova A., Ali Sh., Sapakhova Z., Atishova M. Identification of genotypes-carriers of resistance to tan spot Ptr ToxA and Ptr ToxB of Pyrenophora tritici-repentis in common wheat collection // Vavilov Journal of Genetics and Breeding – 2018. – 22 (8). – P. 978-986. DOI 10.18699/VJ18.440. (процентиль-38).
4. Madenova A., Kokhmetova A., Sapakhova Z., Galymbek K., Keishilov Z., Akan K., Yesserkenov A. Effect of common bunt (Tilletia caries (DC) Tul) infection on agronomic traits and resistance of wheat entries // Research on Crops. 2020. Vol. 21 (4). P. 791-797. (процентиль-38).
5. Madenova A., Sapakhova Z., Bakirov S., Galymbek K., Yernazarova G., Kokhmetova A., Keishilov Z. Screening of wheat genotypes for the presence of common bunt resistance genes // Saudi Journal of Biological Sciences. 2021. Vol. 28(5). P. 2816-2823. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.02.013. (процентиль-90, автор для корреспонденции).
6. Morgounov A., Akin B., Demir L.A., Keser M., Kokhmetova A., Martynov S., Orhan A., Ozdemir F., Azseven A., Yessimbekova M., Sapakhova Z. Yield gain in leaf rust resistant and susceptible winter wheat varieties due to fungicide application // Crop and Pasture Science. 2015. Vol.66(7). P. 649-659. DOI: 10.1071/CP14158. (Процентиль-72). https://www.scopus.com/sourceid/16900154707?origin=resultslist
7. Kokhmetova A., Sapakhova Z., Urazaliev R., Yessimbekova M., Yeleshev R., Morgounov A. 2014. Effect of spring biomass removal on expression of agronomic traits of winter wheat. World Applied Science Journal. 2014. 30(3): 322-329. DOI: 10.5829/idosi.wasj.2014. 30.03.14026.
8. Kokhmetova A., Sapakhova Z.B., Madenova A., Atishova M., Yessenbekova G., Galymbek K. Identification of wheat germplasms resistant to leaf and stripe rust using molecular markers. Abstracts. Journal of Biotechnology. Volume 185, S18-S36. 2014. P. 29. http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiotec.2014.07.099.
9. 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 / Кохметова А.М. и др. Алматы, 2015. 32 с.
10. O. Karpova, A. Alexandrova, E. Yeriskina, R. Kryldakov, D. Gritsenko, N. Galiakparov, B. Iskakov Andean and Ordinary Strains of Potato Virus S Infecting Potatoes in Southern Kazakhstan // Plant Disease, Vol.104, No.2, P. 599, 2020. Индекс цитирования – 0, Процентиль – 71, Квартиль- Q2 PubMed: 26964019.
11. Romadanova N.V., Mishustina S.A., Gritsenko D. Cryotherapy as a method for reducing the virus infection of apples. // Cryo Letters. 2016. Индекс цитирования – 16, Процентиль – 43, Квартиль- Q4 PubMed: 26964019.
12. Gritsenko D., Aubakirova K., Galiakrapov N. Simultaneous detection of five apple viruses by RT-PCR. International Journal of Biology and Chemistry (2020) v. 13, n. 1, p. 129-134. 2020. Индекс цитирования –0, doi: 10.26577/ijbch.2020.v13.i1.13.
13. Gritsenko, D., et al. «Detection of Grapevine virus A in wild grape in Kazakhstan.» Phytopathology. Vol. 109. No. 11. 3340 Pilot Knob Road, St Paul, Mn 55121 Usa: Amer Phytopathological Soc, 2019.
14. Низамдинова Г., Сагитов А. Водянистая гниль плодов томата в условиях юга востока Казахстана // Известия НАН РК. – Алматы, 2016. — №2 (32). -С. 64-66. ISSN 2224-526X.
15. Gritsenko, D. A., K. P. Aubakirova, and A. S. Pozharskiy. «SSR profiling of potato cultivars resistant to pathogens.» Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology. 2021.
16. A.S. Pozharskiy, K. Aubakirova, D. Gritsenko, N. Galiakparov. Genotyping and morphometric analysis of Kazakhstani grapevine cultivars versus Asian and European cultivars // Genet. Mol. Res., 2020. Индекс цитирования – 0, DOI: 10.4238/gmr18482.
Патенты:
1. Патент на изобретение № 33632 (2019 г) «Вирусный вектор для транзиентной экспрессии гетерологичных белков в растениях»
2. Патент на изобретение № 33633 (2019 г) «Набор синтетических олигонуклеотидов для диагностики бактериального ожога на плодовых культурах методом LAMP»
3. Патент на полезную модель № 4583 (2019 г) «Т-вектор для клонирования ПЦР – продуктов разного размера»
4. Патент на изобретение № 33634 (2019 г) «Набор синтетических олигонуклеотидов для обнаружения вирусов яблони методом ОТ-ПЦР»
Авторское свидетельство:
«DNARNAref» — программное обеспечение для генетического анализа, № 1890
Достигнутые результаты за 2022 г.: Были выявлены пороги вариабельности каждой геномной молекулы РНК для разных штаммов, расположенных в международном генетическом банке NCBI. Вариабельность РНК1 составила 1-4%, РНК2- 5-6%, РНК3- 3-4% и РНК4 – 1-3%. Наибольшей консервативностью внутри вида и вариабельностью за пределами вида обладали ген капсидного белка, ген РНК зависимой РНК-полимеразы и р42. Были разработаны 3 набора праймеров для гена капсидного белка, РНК-зависимой РНК-полимеразе и р42 гена, для каждого гена в отдельности. Отбирались праймеры F3 и B3 со 100% комплементарностью последних 5 нуклеотидов на 3’- терминальном конце для предотвращения ложноотрицательных результатов детекции.
Были выявлены гены, кодирующие 42k белок передвижения, капсидный белок, 14k белок передвижения, на геномной РНК2, обладающими наибольшим количеством вариабельных позиций для дифференциальной детекции А и В штаммов. На геномной РНК3 был выявлен регуляторный регион, а именно промотерный регион гена р25, обладающий вариабельными позициями, а также регион TGB на РНК2 для идентификации штаммов А и В. Для каждого перспективного региона разрабатывались праймеры и зонды для детекции. Наибольшее количество вариабельных позиций находилось в регионе комплементарного связывания с зондом. Для идентификации штамма Р вируса, праймеры были разработаны к гену, кодирующему р26 белок, последовательности геномной РНК5.
Разработаны положительные контроли для каждой отобранной пары праймеров для детекции BNYVV путем синтеза и клонирования целевых нуклеотидных последовательностей в плазмиды. свеклы в количестве 320 образцов, на 7 полях Алматинской области, с помощью разработанной тест-системы в полевых условиях обнаружено не менее 12 образцов, инфицированных вирусом BNYVV. Сбор корнеплодов проводился у растений с симптомами ризомании, а также у растений без симптомов вирусной инфекции. Детекция в полевых условиях проводилась для 5-10% образцов каждого поля методом изотермической амплификации. Было проведено обнаружение вируса BNYVV в 290 образцах сахарной свеклы, 15 образцов были инфицированы вирусом. 10 из инфицированных образцов были собраны у растений с признаками ризомании.
Публикации (2022 г.):
1.Хуснитдинова М., Пожарский А., Низамдинова Г., Сапахова З., Гриценко Д. Экологические проблемы в выращивании сахарной свеклы в Казахстане., с.293. Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития науки в области плодоовощеводства», посвященной 85-летию Помологического сада (16 сентября 2022г.).
