AP 14869967 (жетекшісі Кохметова А.М.)

Жоба туралы қысқаша ақпарат

(2022-2024 ж.ж.)

Жобаның атауы: ЖТН AP14869967 «Гексаплоидты бидай коллекциясының бүкіл геномдық ассоциацияларын зерттеу негізінде Septoria nodorum төзімділігін айқындайтын генетикалық факторларды карталау».

Өзектілігі.

Қазақстанда Septoria nodorum (SNB) бидай үшін маңызды мәселе болып табылады, эпифитотия кезеңінде өнімнің шығыны 40-50% жетуі мүмкін. Өсімдік-иелеріне төзімділік селекциясы аурумен күресудің ең үнемді, тиімді және экологиялық таза стратегиясы болып табылады. Маркерлі селекция арқасында төзімділік гендерінің эффективті комбинациялары анықталады. SNB-ге төзімді генотиптерді құру үшін иенің төзімділік механизмдерін түсіну және ауруға төзімділік гендерін анықтау өте маңызды деп есептеледі. Бүкіл геномдық ассоциацияларды зерттеу (GWAS) жоғары ажыратымдылықтағы карталауды қамтамасыз ететін озық молекулалық және геномдық селекция тәсілдерінің бірі болып табылады. SNB-ге төзімділікпен байланысты жаңа QTL және геномдық аймақтарды идентификациялау ауруға төзімділіктің табиғатын түсінуді тереңдетуге мүмкіндік береді. Жобада өсімдіктердің молекулалық селекциясы саласында жаңа және заманауи болып табылатын DArTseq™ жаңа буынын секвенирлеу технологиясын пайдалана отырып, GWAS тәсілі қолданылатын болады. SSR маркерлерімен салыстырғанда, DArT маркерлері генотиптеу құны мен уақытына қатысты артықшылықтары бар. Алайда, бүгінгі таңда Қазақстанда тиімділігі жоғары DArT-технологиясы кеңінен пайдаланылмайды. Септориоз потенциалды қауіпті және зиянды болса да, қазақстандық гермоплазмасындағы септориозға төзімділікпен байланысты геномдық аймақтарды анықтау бойынша GWA-зерттеулері жүргізілмеген.

Жобаның мақстаы: «Қазақстандық гексаплоидты бидай коллекциясының бүкіл геномдық ассоциацияларын зерттеу (GWAS)  негізінде Septoria nodorum төзімділігін айқындайтын генетикалық факторларды карталау».

Күтілетін нәтижелер:

GWAS заманауи әдісін қолдану негізінде септориозға төзімділікті бақылайтын жаңа генетикалық факторларын (QTL және ДНҚ-маркерлер) анықтау жүзеге асырылатын болады; популяцияның генетикалық құрылымы зерттеледі; бағалы аллельдердің тасымалдаушылары идентификацияланып, маркерлі селекция әдісі арқылы бидайдың жаңа сорттарына интрогрессияланады. Саңырауқұлақтардың изоляттары мен селективті токсиндеріне төзімді, Қазақстанның 2-контрастты аймақтарында септориозға өскіндік және далалық төзімділігімен ерекшеленетін бидайдың перспективалы линиялары мен сорттары идентификацияланады.

Жобаның ғылыми жетекшісі: Кохметова А.М., б.ғ.д., (генетика), профессор, ҚР ҰҒА корреспондент-мүшесі, ӨББИ-ның генетика және селекция зертханасының меңгерушісі, Қазақстан бойынша Еуропалық биотехнологиялық қауымдастықтың (EBTNA) ұлттық үйлестірушісі. Жұмыс тәжірибесі: «Marker Assisted Selection» (MAS) технологиясын және ассоциациативті карталау әдістерді қолданып ауруларға төзімділік селекциясының тиімділігін арттыруға арналған. 2015 жылдан бастап ҚР БҒМ және АШМ қаржыландырған 6 жобаның жетекшісі және орындаушысы болды. Оның жетекшілігімен 1 кандидаттық, 4 PhD-докторлық, 12 магистрлік диссертация қорғалды, 1 PhD-диссертация орындалуда. Хирш индексі 9 (https://apps.webofknowledge.com/CitationReport.do?product=UA&search_mode=CitationReport&SID=E3DXTybnUxKUdPwFTe1&page=1&cr_pqid=1&viewType=summary). 300 жарияланымы бар, оның ішінде WOS және Scopus МБ 20 жұмысы бар, WOS-ID:M-6618-2015; ORCHID-ID:0002-0186-7832.

Зерттеу тобының мүшелері:

Атишова М.Н., білімі жоғары, педагогика ғылымдарының магистрі, генетика және селекция зертханасының ғылыми қызметкері. Жұмыс тәжірибесі: 6 ГҚ-жобаларына қатысты, молекулалық және биоинформациялық талдаулар жүргізді. Хирш индексі 5. 49 жұмыс жарияланған, оның ішінде 11-і WOS және Scopus мәліметтер базасында. 2019 жылы бидай ауруларына төзімділікті ассоциативті карталау бойынша стажировкадан өтті, Цитология және генетика институты СО РАН, Новосибирск, РФ. Жобадағы рөлі: фенотиптеу және қоңыр татқа төзімділікті QTL-карталау. Scopus-ID: 55513476500; ORCHID-ID: 0000-0002-2270-571X.

Кумарбаева Мадина Талгаровна, магистр (6М081100 – Защита и карантин растений), PhD-докторантураны бітірді (6D080100 -Агрономия), НС; h-index: 4; ResearcherID: AAQ-3647-2020; OrcID: 0000-0002-5588-6772 Scopus ID: 5721361957;

Кейшилов Женыс Советханулы, магистр (6М081100 – Защита растений и карантин), НС; h-index: 2; ResearcherID: DWX-6746-2022; OrcID: 0000-0003-2126-6951; Scopus ID: 57221382183;

Жанузак Данна Комеккызы, магистр (6М070100 – Биотехнология), МНС; h-index: 1; ResearcherID: ABE-9520-2021; Scopus ID: 57226127734; OrcID: 0000-0002-2252-0870;

Болатбекова Ардак Айдыновна, магистр (6M060800 – экология); МНС; h-index: 1; ResearcherID: CHB-6750-2022; Scopus ID: 57226105668;

Малышева Ангелина Александровна, магистр (7M05109 – биотехнология); МНС; h-index: 2; ResearcherID: ABE-9732-2021; OrcID: 0000-0002-9840-9570; Scopus ID: 57226102193;

Кохметова Асия Мырзабековна, (08.00.05 – экономика торговли); OrcID: 0000-0003-0119-0849;

Бахытулы Канат, магистр (7M05109 – биотехнология); OrcID: 0000-0001-6084-0480

2017-2022 жылдардағы жоба орындаушыларының жарияланымдары мен патенттерінің тізімі:  

1. Kokhmetova A, Rsaliyev A, Malysheva A, Atishova M, Kumarbayeva M, Keishilov Z. 2021. Identification of Stripe Rust Resistance Genes in Common Wheat Cultivars and Breeding Lines from Kazakhstan // Plants. 10(11):2303. DOI: 10.3390/plants10112303 Scopus: percentile 56.

2. Kokhmetova A, Rsaliyev S, Atishova M, Kumarbayeva M, Malysheva A, Keishilov Z, Zhanuzak D, Bolatbekova A. 2021. Evaluation of Wheat Germplasm for Resistance to Leaf Rust (Puccinia triticina) and Identification of the Sources of Lr Resistance Genes Using Molecular Markers // Plants.  10(7):1484. DOI:10.3390/plants10071484, IF 3.935. WOS. Q1.  Scopus: percentile 56.

3. Kokhmetova A., Kumarbayeva M., Atishova M. 2021. Identification of high-yielding wheat genotypes resistant to Pyrenophora tritici-repentis (tan spot) // Euphytica. 217:97. DOI:10.1007/s10681-021-02822-y IF 1.84. WOS. Q2. Scopus: percentile 71.

4.Madenova A.K., Kokhmetova A.M., Atishova M.N. et al. 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 0.21. Scopus: percentile 18.

5.Kokhmetova A., Kremneva O.,Volkova G., Atishova M., Sapakhova Z. 2017. Evaluation 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. Q3.  Scopus: percentile 31.

6. 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. Ex Desm. F.sp. tritici)//Ecology, Environment and Conservation. 23(2):1211-1218. Scopus, Q4. SJR 0.14.

7. Кохметова А.М., Али С., Сапахова З., Атишова М.Н. 2018. Идентификация генотипов-носителей 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, Q4. SJR 0.15. 31-й процентиль.

8. A.Kokhmetova, M.Atishova, M.Kumarbayeva, 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, Q4. SJR 0.15. 31-й процентиль.

9.Kumarbayeva M., Kokhmetova A., Kovalenko N., Atishova M., Keishilov Zh., Aitymbetova K. Characterization of Pyrenophora tritici-repentis (tan spot of wheat) Races in Kazakhstan // Phytopathologia Mediterranea. – 2022(1). (Принята в печать) IF — 2.08, WOS. Q2, Scopus: процентиль 65.

10. Кеишилов Ж. С., Кохметова A.M., Кумарбаева M.T., Болатбекова A.A., Малышева A.A., Кохметова A.M. Жаздық бидайдың қоңыр тат (Puccinia recondita) ауруына солтүстік қазақстанда жүргізілген мониторингі 2019-2021 // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина. – 2022. – №. 1(112). – Б. 930. DOI: 10.51452/kazatu.2022.1(112).930 КОКСОН 10. Keishilov Zh.S., Kokhmetova A.M.,

11. Kumarbaeva M.T., Kokhmetova A.M., Keishilov Zh.S., Chudinov V., Zhanuzak D.K. 2022. Disease monitoring to determine the level of spread and development of the pathogen pyrenophora tritici-repentis in Kazakhstan // Herald of science of S. Seifullin KazATU. 1(112): 906. DOI:10.51452/kazatu.2022.1(112).906(КОКСОН).

12.Kumarbayeva M., Kokhmetova A., Kovalenko N., Atishova M., Keishilov Zh., Aitymbetova K. Characterization of Pyrenophora tritici-repentis (tan spot of wheat) Races in Kazakhstan // Phytopathologia Mediterranea. – 2022(1). (Принята в печать) IF — 2.08, WOS. Q2, Scopus: процентиль 65.

2022 жылғы нәтижелер:

   Бидай гермоплазмасының расаларға және S. nodorum саңырауқұлағы өндіретін қожайын-спецификалық токсиндерге төзімділігіне реакциясы зерттелді. S. nodorum расасына төзімді бидай гермоплазмасы анықталды: Sn2K расасына төзімді 107 генотип (48,6%) және Sn5K расасына төзімді 113 генотип (51,4%) таңдалды. 154 ToxA токсиніне сезімтал емес генотип және 72 ToxB токсиніне төзімді генотип анықталды. Қазақстанның контрасты 2 аймағында (Алматы және Қостанай облыстары) ересек өсімдіктердің S. nodorum-ға төзімділігіне бидай гермоплазмасының далалық бағалауы жүргізілді. Қостанай облысында S. nodorum ауруына егістіктік төзімділігі жоғары бидайдың 30 сынамасы бөлініп алынды. Алматы облысында табиғи жағдайда 85 иммунды және септориозға төзімді – 55 генотип таңдалды. Жасанды фондысында иммундылықты көрсеткен сорттар — Severyanka, KR12-9011, Almaly/GF92, Samgay, а устойчивыми — Karaspan, Mereke 75, Saratovskaya 29, Stb — 7, Yr2/Octyabrina, Bayandy, Mayra, Pamyati Azieva, Kokbiday.

            

2022-2024 жж. гранттық қаржыландыру жобалары бойынша «Ғылым» бөлімінде ҚР БҒМ-нің Гранттар бетін толтыру үшін 2024 жылға арналған ҒЗЖ зерттеулерінің қол жеткізілген нәтижелері туралы ақпарат

 

AP14869967-OT-24 Гексаплоидты бидай коллекциясында толық геномдық ассоциацияларды зерттеу негізінде Septoria nodorum-ға төзімділігін анықтайтын генетикалық факторларды картаға түсіру жобасы бойынша (жоба жетекшісі — Кохметова А.М.)

 

Жұмыстың мақсаты: «Гексаплоидты бидай коллекциясында толық геномдық ассоциацияларды зерттеу негізінде Septoria nodorum-ға төзімділікті анықтайтын генетикалық факторларды картаға түсіру».

Зерттеу объектілері: гексаплоидты бидайдың 220 қазақстандық және шетелдік сорттары мен линиялары.

SNP маркерлері пайдаланып DArTseq™ келесі буынды секвенирлеу технологиясын қолдану арқылы бидай үлгілерінің коллекциясына генотиптеу жүргізілді. Бидай үлгілерінің коллекциясын генотиптеу және секвенирлеу нәтижелері бойынша мәліметтер алынды.  220 үлгідегі 8486 SNP үшін DI орташа генетикалық әртүрлілік индексі 0,43 болды. Ең жоғары DI (0,49) 2B және 1B хромосомаларында (0,47) болды. Орташа PIC мәні 0,35 болды. Бүкіл геном үшін LD 4,6 см болды. Маркерлердің ең көп саны А және В субгеномдарында (тиісінше 44,3 және 47,5%) картаға түсірілді. Популяцияның генетикалық құрылымында үш субкластердің болуы анықталды. Шығу аймағына сәйкес K = 3 үлгілері үш субпопуляцияға бөлінді.

Қазақстандық селекциялық үлгілердің генетикалық әртүрлілік деңгейі Ресей, Бразилия және Канада елдерінен алынған үлгілерге қарағанда жоғары болды, бірақ CIMMYT және Мексикадан алынған гермоплазманың әртүрлілігімен салыстырғанда төмен болды. Ауруға төзімділік белгісі негізінде зерттелетін коллекцияның генетикалық әртүрлілігін анықтау үшін Stb гендерінің  тасымалдаушыларын анықтау жүргізілді. Stb төзімділік гендері бар 70 генотип анықталды. Stb гендері бойынша ең үлкен генетикалық әртүрлілік Қазақстан бидай сорттарында (19,5%) табылды, ал CIMMYT үлгілерінде Stb гендерінің жиілігі 6,8% құрады.

SNB расалары мен токсиндеріне және далалық ауруларға төзімділік деректеріне жауап негізінде бидай сорттары мен линияларының панелінде септориозға төзімділігінің маркер-белгілік ассоциацияларды іздеу жүргізілдіSNB изоляттары мен токсиндерге өскіндік төзімділігін талдау нәтижелерін және аурудың жасына байланысты төзімділігі туралы деректерді пайдалану арқылы алынған GWAS ассоциацияларының тұтас геномдық талдауын салыстыру негізінде ақпаратты маркерлер және геномдық аймақтар, SNB-ға төзімділіктің генетикалық локустары болуы ықтималдығы жоғары екендігі анықталды (1-сурет).  6 маркер-белгі ассоциациясы (МТА) анықталды.

1-сурет – Жылыжай жағдайында фенотиптелген GWAS панеліндегі Pn ToxA_Russia, Pn Tox3_Russia және Sn2K_SNB_USA изоляттарына төзімділік белгілері бар SNP маркерлерінің байланысының графикалық көрінісі (Manhattan және QQ диаграммалары)

 

Ассоциацияланған SNP арасындағы бірнеше сандық белгілер локустарымен (QTL) генаралалық өзара әрекеттесулер бағаланды (2-сурет). 1В және 6А, сондай-ақ 6А және 6В хромосомаларында септориоздың изоляттарына төзімділіктің ассоциацияланған локустарының арасында маңызды эпистатикалық өзара әрекеттесулер анықталды. Ең қолайлы аллельді комбинациялар және септориозға төзімділігімен сипатталатын перспективті бидай линиялары анықталды. Болашақта таңдап алынған QTL және олардың аллельді комбинациялары бидайдың перспективті линияларын таңдауға көмектесетін селекциялық индекстерін әзірлеу үшін пайдаланылуы мүмкін.

2 сурет – Pn ToxA_Russia (A), Pn Tox3_Russia (B) және AUDPC (B) изоляттарына төзімділік локустары арасындағы эпистатикалық өзара әрекеттесу

 

ҒЗЖ нәтижелерін енгізу бойынша ұсыныстар: септориозға төзімділігін анықтау селекциясында перспективті материал ретінде септориоздың изоляттары мен токсиндеріне төзімділік танытқан, SNP аллельдерінің ең жақсы комбинациялары бар іріктелген бидай генотиптерін пайдалану ұсынылады.

Жұмыс жоғары ғылыми деңгейімен ерекшеленеді: күрделі, жан-жақты эксперименттер, соның ішінде эксперименттік материалдың үлкен көлеміне (220 бидай үлгісі) фитопатологиялық және селекциялық зерттеулер жүргізілді. Зерттеу нәтижелеріні толықтығымен сипатталады. Есепті кезеңде 2022-2024 жж. тақырып бойынша WOS деректер базасында индекстелген «Plants» шетелдік басылымында – 1 мақала (IF 4.5, Q1 квартиль, CiteScore 5.4, Scopus процентиль 86); ҚР ҒЖБ ҒЖБССҚК басылымында 1 мақала; Халықаралық конференция жинағында 1 мақала; Халықаралық конференциялар жинақтарында 3 тезис жарияланды. Жоба аясында 1 докторлық диссертация қорғалды (Құмарбаева М.Т.).

Нәтижелердің практикалық маңыздылығы және оларды одан әрі коммерцияландыру перспективалары болашақ сорттарға кандидат ретінде қарастырылатын септориоздың изоляттары мен токсиндеріне төзімділігімен ассоциацияланған SNP аллельдерінің ең жақсы комбинациялары бар перспективті бидай линияларын таңдаумен расталады.

Қолдану саласы: молекулярлық генетика және өсімдік шаруашылығы, фитопатология.

Экономикалық тиімділік немесе жұмыстың маңыздылығы: ауруға төзімді бидай сорттарын пайдалану өндіріс құнының 20%-на тең пайда әкеледі.

Зерттеу объектісінің дамуы туралы болжамдар: идентификацияланған маркерлерді селекцияда қолданылуға мүмкіндік болу үшін, тәуелсіз генетикалық фондарда нәтижелерді растау үшін зерттеулерді жалғастыру қажет.

 

2022 жылы қол жеткізілген нәтижелер:

2022 жылы жарияланымдар немесе басқа жетістіктер болған жоқ.

 

2023 жылы қол жеткізілген нәтижелер:

  1. Кеишилов Ж.С., Кохметова А.М., Кумарбаева М.Т., Малышева А.А., Бахытұлы. Қ. Бидайдың септориоз (Septoria tritici) ауруына Алматы облысы бойынша 2022 жылы жүргізілген мониторингі // «Ізденістер, нәтижелер-Исследования, результаты». Алматы. – 2023. – № 2 . – С. 225-235. (қаз.)
  2. Малышева А.А., Кохметова А.М., Кумарбаева М.Т., Кейшилов Ж.С., Жанузак Д.К., Болатбекова А.А. Изучение реакции коллекции озимой пшеницы из Казахстана к Stagonospora Nodorum // «Экологическая генетика и здоровье населения: достижения и перспективы»: материалы международной научно-практической конференции. – Алматы, 2023. – С. 106 – 110. (орысша)

 

Халықаралық конференциялар мен кездесулерге қатысу:

  1. A.Kokhmetova, B. Aynebekova, A. Bolatbekova, A. Malysheva, M. Kumarbayeva, Zh. Keishilov, K. Mukhametzhanov, As. Kokhmetova, K. Bakhytuly. Molecular identification of genes resistant to Septoria nodorum in wheat cultivars and breeding lines /36th International Conference on Ecological Agriculture, Biodiversity and Waste Management (EABWM-23)”, Bangkok, Thailand, 18-22.12.2023 g – UH1223304. (ағылш.)

 

               Диссертацияларды, PhD/магистрлік және дипломдық жұмыстарды қорғау

  1. Құмарбаева М.Т. – PhD диссертациясы қорғалды. Қазақ ұлттық аграрлық университеті, 6D080100 – «Агрономия» мамандығы.

 

2024 жылы қол жеткізілген нәтижелер:

  1. Kokhmetova, A.; Bolatbekova, A.; Zeleneva, Y.; Malysheva, A.; Bastaubayeva, S.; Bakhytuly, K.; Dutbayev, Y.; Tsygankov, V. Identification of Wheat Septoria tritici Resistance Genes in Wheat Germplasm Using Molecular Markers. Plants 2024, 13, 1113. https://doi.org/10.3390/plants13081113. БД Web of Science, Q1, IF 4.5, CiteScore 5.4, percentile 86. (ағылш.)
  2. Kokhmetova A., Rathan N.D., Sehgal D., Kumarbayeva M., Bolatbekova A., Krishnappa G., Gultyaeva E., Kokhmetova As., Bakhytuly K. Mapping of QTL associated with resistance to leaf and yellow rust in populations of recombinant inbred wheat lines // Proc of International conference on plant biology and biotechnology (ICPBB 2024) June 3-6, 2024, Almaty, Kazakhstan. P.77. (ағылш.)
  3. Bolatbekova А., Kokhmetova A., Kumarbayeva M., Keishilov Zh., Kokhmetova As. Search for carriers of resistance to Septoria in the collection of wheat varieties and promising lines // Proc of International conference on plant biology and biotechnology (ICPBB 2024) June 3-6, 2024, Almaty, Kazakhstan. P.91. (ағылш.)

 

 Халықаралық конференциялар мен кездесулерге қатысу:

  1. Kokhmetova A., Rathan N.D., Sehgal D., Kumarbayeva M., Bolatbekova A., Krishnappa G., Gultyaeva E., Kokhmetova As., Bakhytuly K. Mapping of QTL associated with resistance to leaf and yellow rust in populations of recombinant inbred wheat lines // International conference on plant biology and biotechnology (ICPBB 2024) June 3-6, 2024, Almaty, Kazakhstan. Устный доклад. (ағылш.)
  2. Bolatbekova А., Kokhmetova A., Kumarbayeva M., Keishilov Zh., Kokhmetova As. Search for carriers of resistance to Septoria in the collection of wheat varieties and promising lines // International conference on plant biology and biotechnology (ICPBB 2024) June 3-6, 2024, Almaty, Kazakhstan. Постерное сообщение. (ағылш.)
  3. Kokhmetova A., Bolatbekova A., Kumarbayeva M., Keishilov Zh., Mukhametzhanov K., Kokhmetova As., Bakhytuly K. Study of Genetic Diversity of Wheat Collection Samples for Resistance to Septoria // European Biotechnology Congress, October 3rd – 5th 2024, Harbiye Military Museum, Istanbul, Türkiye. – P 197. (ағылш.)