Жоба туралы қысқаша ақпарат
(2023-2025 ж.ж.)
Жобаның атауы: ЖТН AP19678215 «Картоптың вирустары мен вироидтарын метагеномдық және популяциялық талдау және олардың төзімді картоп сорттары мен будандарымен өзара әрекеттесу механизмдерін зерттеу».
Өзектілігі.
Бұл жоба картоптың вирустық инфекцияларының таралуын бақылауға, вирустық инфекцияға төзімді сорттардың селекциялық әлеуетін сапалы арттыра отырып, басқа елдерден экономикалық маңызды вирустар мен вироидтардың қауіпті штамдары мен изоляттарының әкелінуіне жол бермеуге байланысты мәселелерді шешуге бағытталған. Картоптың тұрақты жергілікті сорттарын өсіру және вирустар мен олардың тасымалдаушыларының таралуын бақылау арқылы елде картоп өсіруді күшейту импортты алмастыруға және шетелдік тұқым материалына тәуелділікке әкеледі. Картоп вирустарын молекулалық-генетикалық зерттеу және олардың жергілікті селекциялық картоп сорттарымен өзара әрекеттесуі картоп алқаптарында, әсіресе тұқым шаруашылықтарында вирустардың таралуын болдырмайды.
Жобаның мақстаты:
Жобаның мақсаты-картоп виромын зерттеу, Қазақстан аумағында таралған картоп вирустары мен вироидтарының генетикалық әртүрлілігін, сондай-ақ вирустар мен вироидтардың табиғи изоляттарының картоптың төзімді сорттарымен өзара әрекеттесу механизмдерін зерттеу және вирустық инфекцияға иммундық жауаппен байланысты жаңа гендерді анықтау.
Күтілетін нәтижелер:
1) Елдіміздің картоп өсіретін өңірлерінде (Солтүстік өңір және Алматы облысы) картоптың кемінде 500 үлгісін жинау жүргізіледі. Картоп вирусының метагеномдық талдауы, елдің картоп алқаптарында таралған вирустар мен вироидтардың түрлерін анықтау. Жаңа, карантиндік және аса қауіпті вирустар мен вироидтарды анықтау. Іріктеу үшін түйнектер мен жерүсті бөліктері зақымдану белгілері бар өсімдіктерден, сондай-ақ симптомсыз өсімдіктерден алынады.Түйнектер төзімді өсімдіктерді егу үшін вириондардың көзі ретінде пайдаланылады.
2) Табылған PLRV, X, Y, S және M вирустары мен PSTVd картоп вироидтарының толық геномдық реттілігі анықталады, ең көп экономикалық зиян келтіретін изоляттар мен штаммдар анықталады. Географиялық алыс популяциялардағы изоляттардың генетикалық әртүрлілігін анықтау үшін вирустарды терудің жаңа vir-типирлеу әдісін әзірлеу. Vir-типирлеу және толық геномдық секвенирлеу бойынша популяциялық талдау нәтижелерін салыстыру. Vir-типирлеу жаңа әдісі вирустардың популяциялық генетикасын зерттеуге кететін шығындарды бірнеше есе азайтады. РНҚ интерференциясын күшейтуге, жылжытуға және басуға жауапты ақуыздарда маңызды мутациялары бар табиғи штаммдарды/изоляттарды анықтау, мутациялардың егу арқылы вирус биологиясына әсерін анықтау. Түрішілік және түраралық рекомбинация деңгейін анықтау. Жаңа рекомбинантты формаларды анықтау. Толық геномды секвенирлеу вирустың жұқпалы қабілеттеріне әсер ететін консервативті және өзгермелі аймақтарын анықтайды.
3) Жергілікті және шетелдік селекциядағы Solanum tuberosum картопының 250 сорттары мен будандарында экономикалық маңызды картоп вирустары мен вироидтарына төзімділік интрогрессивті гендерін анықтау жүргізіледі. Картоптың жергілікті сорттары мен будандарын таңдауда әртүрлі бастапқы линиялар қатысады, бұл төзімді аллельдерді анықтаудың оң ықтималдығына әкеледі, бұл картоп вирустарына X және A төзімділік аллельдерін зерттеу кезінде көрсетілген.
4) РНҚ интерференциясын күшейтуге, жылжытуға және басуға жауапты ақуыздарды кодтайтын гендердегі мутанттардың әртүрлі комбинациялары арқылы таңдалған картоп сорттарын егу жүргізіледі. Төзімділік гендерін тасымалдайтын өсімдіктердегі әртүрлі вирус изоляттарының күшейту деңгейін және жүйелік қозғалысын анықтау. Белгілі бір генетикалық ортадағы төзімділік гендерінің белсенділігінің (әртүрлі сорттар) таңдалған вирус изоляттарына қатынасын анықтау. Генетикалық ортаның төзімділік гендерінің белсенділігіне әсерін анықтау. Таңдалған изоляттардың/штамдардың патогенділігін анықтау.
5) Картоптың вирустық патогендерге, оның ішінде бірнеше вирустармен егілген кезде төзімділігіне қатысатын жаңа гендерді анықтай отырып, мақсатты гендерде маңызды мутацияларды алып жүретін вирустық патогендердің изоляттарымен егілген картоп сорттарына транскриптомдық талдау жүргізіледі.
6) Жаңа вирустық патогендер, штамдар мен изоляттар үлгілерінің банкі құрылатын болады. Экономикалық маңызды вирустарға төзімділік гендері бойынша генетикалық төлқұжаттарды және әр сорт үшін төзімділік дәрежесін сипаттайтын селекционерлерге арналған әдістемелерді әзірлеу.
Жобаның ғылыми жетекшісі:
Гриценко Диляра Александровна
Зерттеу тобының мүшелері:
Гриценко Д.А. – зертхана меңгерушісі
Низамдинова Г, К. — аға ғылыми қызметкер
Пожарский А.С.- ғылыми қызметкер
Таскужина А.К.- кіші ғылыми қызметкер
Капытина А.И.- кіші ғылыми қызметкер
Керімбек Н.М- кіші ғылыми қызметкер
Костюкова В.С.- кіші ғылыми қызметкер
Колченко М.В. — лаборант
Абдрахманова А. Б.- лаборант
Адильбаева К.- лаборант
Махамбетов А.Н.- лаборант
2018-2022 жылдардағы жоба орындаушыларының жарияланымдары мен патенттерінің тізімі:
- Gritsenko, D., et al. Development of a “deconstructed” vector based on the genome of grapevine virus A // Plant Biotechnol Rep. -2019. Индекс цитирования – 2, Процентиль – 64, Квартиль- Q2, DOI: 10.1007/s11816-019-00528-1.
- Pozharskiy, A., Kostyukova, V., Nizamdinova, G., Kalendar, R., & Gritsenko, D. (2022). MLO proteins from tomato (Solanum lycopersicum L.) and related species in the broad phylogenetic context. Plants, 11(12), 1588.. DOI: 10.3390/plants11121588; WOS. Q1 (IF 4,827), Scopus: процентиль 71.
- Gritsenko, D., Pozharskiy, A., Dolgikh, S., Aubakirova, K., Kenzhebekova, R., Galiakparov, N., Sadykov, S. Apple varieties from Kazakhstan and their relation to foreign cultivars assessed with RosBREED 10K SNP array. 2022. Eur.J.Hortic.Sci. 87 (1) 1-8, DOI: 10.17660/eJHS.2022/006. Индекс цитирования – 0, Процентиль – 62, Квартиль- Q2.
- Pozharskiy, A., Kostyukova, V., Taskuzhina, A., Nizamdinova, G., Kisselyova, N., Kalendar, R., Gritsenko, D. (2022). Screening a collection of local and foreign varieties of Solanum lycopersicum L. in Kazakhstan for genetic markers of resistance against three tomato viruses. Heliyon. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10095; WOS. Q2 (IF-3.7), Scopus: процентиль 82.
- 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. 2018.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- A. Pozharskiy, D. Gritsenko // Prediction of Slmlo1 protein paralogs in Solanum l. Spp. using partially assembled genomic dat // IV. International Agricultural, Biological & Life Science Conference – 2022 – P.162.
- A. Kapytina, N. Kerimbek, A. Taskuzhina, G. Nizamdinova, K. Adilbayeva, S. Murzatayeva, Z. Kachiyeva // Detection and genetic investigation of potato leafroll virus in Kazakhstan // IV. International Agricultural, Biological & Life Science Conference – 2022 – P.165.
- Керимбек Н., Капытина А., Пожарский А., Хуснитдинова М., Гриценко Д. // Филогенетический анализ вируса кустистой карликовости малины // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития науки в области плодоовощеводства» -2022 – С.139
2023 жылғы нәтижелер:
PLRV вирусы үшін 296, PVX — 720, PVY – 632, PVS – 439, PVM – 276, PSTVd вироиды үшін – 2864 толық геномның немесе жекелеген аймақтардың нуклеотидтер тізбегіне талдау жасалды. Талдау нәтижесінде әрбір мақсатты патоген үшін праймер дизайны үшін кемінде 5 перспективті аймақ анықталды. Геномдар шегіндегі өзгергіштік 3,4-тен 15,3% — ға дейін болды, жекелеген гендер шегінде орта есеппен 4,7% — дан аспады. Праймерлерді жобалау үшін әр түрлі штамдар мен изоляттарды талдау кезінде түрдің консервативтілігі кем дегенде 99,5% болатын аймақ қолданылды, түрден тыс өзгергіштік кем дегенде 60% құрады.
Картоптың зертханалық коллекциясын талдау нәтижесінде PLRV (11%), PVX (37%), PVY (29%) және Alfalfa mosaic virus (4%) вирустары анықталды. Толық геномдық талдауда әрбір PLRV, PVX және PVY вирусының изоляттарының арасындағы гомология 87 — 95% құрады. PLRV изоляттарының арасында мутация жиілігі 1.3 × 10-3 , PVX 1.01 × 10-3 , PVY вирусы үшін 1.15 × 10-3 аспады. Мутацияның ең жоғары жиілігі PLRV вирусында байқалды.
Өсімдіктердің жерүсті бөлігіне, сондай-ақ егістіктерден жиналған картоп түйнектеріне метагеномдық талдау жүргізілді. Талдау нәтижесінде PLRV, X, Y, S вирустары, сондай-ақ PSTVd вироиды анықталды. Елдің солтүстік аймағында X және Y вирустары басым,ал оңтүстік аймақта (Нарынкөл) X вирусы басым.
PLRV, PVX және PVY вирустарының геномдық талдауы әрбір зерттелетін изолят популяциясында жоғары гомологияны көрсетті, ол 97-100% құрады. PLRV изоляттарының арасында мутация жиілігі 0.95 × 10-3-тен 1.19 × 10-3-ке дейін , PVX үшін 0.82 × 10-3-тен 0.98 × 10-3-ке дейін , PVY вирусы үшін 0.92 × 10-3-тен аспады.
2024 жылғы нәтижелер:
S, M вирустары мен PSTVd вироидының 43, 48 және 11 изоляттарына толық геномдық секвенирлеу жүргізілді, геномды қамту тереңдігі 180-ден 250Х-ке дейін жетіп, геномның толық қамтылуын (100%) қамтамасыз етті. Vir-типтеу нәтижесінде S вирусы үшін 132, M вирусы үшін 161 және PSTVd үшін 115 полиморфты ампликон анықталды. M вирусы аймақтардың ішінде (Солтүстік және Оңтүстік) де, олардың арасында да жоғары деңгейдегі вариативтілігін көрсетті, генетикалық қашықтық 0,124 болды, ал аймақтардың ішіндегі гомология 89%-дан аспады. Филогенетикалық талдау нәтижесінде, S вирусының жергілікті изоляттары PVSI изоляттарымен бірге субкладтар қалыптастыратыны, ал M вирусының изоляттары PVM-o изоляттарымен бірге топтасатыны анықталды. Х вирусы үшін популяциялар арасындағы генетикалық қашықтық (0,198) және әр аймақ үшін жеке кладтардың қалыптасуы белгіленді. Y вирусының жергілікті изоляттары I-1 филотобымен субтоптар құрды, ал популяция ішіндегі генетикалық қашықтық 0,087 құрады. Изоляттармен ең жақын туыстық O филотобымен анықталды. PLRV вирусы үшін ең жоғары вариативтілікті RTD және P0 кодтайтын ашық оқу рамкалары көрсетті, олардың вариативтілік деңгейлері тиісінше 35,62% және 27,615% болды. Сонымен қатар, ақуыздардың биологиялық белсенділігіне әсер ететін 9 маңызды мутация анықталды. S және M вирустары үшін капсидтік ақуыздар ең вариативті болып шықты, олардың вариативтілік деңгейлері сәйкесінше 21% және 19,3% құрады. M вирусы үшін ақуыздардың биологиялық белсенділігіне әсер ететін 5 бірегей нұсқа анықталды. Y вирусы P1 және VPg ақуыздарын кодтайтын гендерде ең жоғары вариативтілікті көрсетті, олардың деңгейлері сәйкесінше 21,3% және 12,1% болды, алайда ақуыздардың биологиялық белсенділігіне әсер ететін маңызды мутациялар анықталған жоқ. Х вирусы үшін капсидтік ақуызды кодтайтын ген ең жоғары вариативтілікті көрсетті, оның деңгейі 19,8% құрады. Сонымен қатар, вирус бөлшегін құрастыруға және оның қозғалысына әсер ететін 15 маңызды мутация, оның ішінде геноммен өзара әрекеттесу аймағында орналасқан 3 мутация анықталды. Зерттеу үшін Қазақстанның климаттық жағдайларына бейімделген әртүрлі агрономиялық сипаттамалары бар картоптың 50 үлгісі іріктелді. Бұл іріктеме ерте пісетін және кеш пісетін, әртүрлі өнімділік пен негізгі вирустық патогендерге далалық төзімділік деңгейімен ерекшеленетін сұрыптар мен будандарды қамтыды. Геномдық ДНҚ сапасын және оны кейінгі талдау үшін жарамдылығын растау мақсатында 28rRNA үй шаруашылығы генін амплификациялау арқылы сапа бақылауы жүргізілді. Картоп вирустарына төзімділікке жауап беретін гендерді скринингтеу үшін келесі маркерлер алынды: Y вирусына төзімділік үшін ADG1, ADG2, RysC3, RY186, GP122/718, GP122/564, SCARysto4; X вирусына төзімділік үшін SPUD237, CP60, PVX; PRLV вирусына төзімділік үшін RGASC850; PVS вирусына төзімділік үшін SC811/260, CP16. Нәтижелер көрсеткендей, Максим, Ресурс, Беркут сұрыптары мен Ts-6 гибриді аталған вирустық патогендерге төзімділікпен байланысқан локустардың ең көп санын иеленеді. Инфекцияланған картоп түйнектері климаттық камерада бақыланатын жағдайларда өсірілді. Өсіріп шығару үшін вирустық патогендердің бар-жоғын анықтау үшін алдын ала тестілеуден өткен үлгілер қолданылды. Әр аймақтан әрбір вируспен жеке-жеке инфекцияланған, сондай-ақ бірнеше вируспен жұқтырылған түйнектерден кемінде 10 түйнек іріктелді.
Жарияланымдар мен патенттер:
l Adilbayeva, K., Moisseyev, R., Kolchenko, M., Kenzhebekova, R., Khassanov, V., Beisembina, B., … & Gritsenko, D. (2024). Genetic Evaluation of Kazakhstani Potato Germplasm for Pathogen and Pest Resistance Using DNA Markers. Agronomy, 14(9), 1923.
2. Кенжебекова, Р. Т., Мендыбаева, А. С., Капытина, А. И., & Гриценко, Д. А. (2024). Қазақстанның Алматы облысында картоптың аралас вирустық инфекцияларының таралуы. ҚазҰУ Хабаршысы. Биология сериясы, 99(2), 91-100.
