AP 19677444 (жетекшісі Әнуарбек Ш.Н.)

Жоба туралы қысқаша ақпарат

(2023-2025 ж.ж.)

 

Жобаның атауы: ЖТН 19677444  «Толық геномдық ассоциацияларды талдауды қолдану негізінде ноқат тұқымының (Cicer arietinum L.) өнімділігі мен сапасының сандық белгілерінің локустарын анықтау».

 

Өзектілігі. Ноқат (Cicer arietinum L.) – тағамдық өсімдік ақуызының жоғары құрамына, гипоаллергенділігіне және үйлесімді аминқышқылдық құрамына байланысты азық-түлік қауіпсіздігі мен жемшөп өндірісін қамтамасыз ететін маңызды дақыл болып табылады. Генетика мен селекцияның өзекті міндеті – ассоциацияларды толық геномдық талдау (АТГТ) әдістемесін қолдану арқылы ДНҚ-маркерлері мен селекциялық-құнды белгілер арасындағы ассоциацияларды анықтау. Бұл жобаның өзектілігі Қазақстанның оңтүстік-шығысы жағдайында әлемдік коллекцияны 4972803 SNP-маркерлеріне (Illumina HiSeq2500) толық геномдық секвенирлеу және 238 ноқат үлгісін фенотиптеу деректерін пайдалана отырып, ноқаттың өнімділігі мен сапасына байланысты сандық белгі локустарына іздеу жүргізіледі. Нәтижесінде ноқат өнімділігі мен дән сапа белгілері бойынша KASP (kompetitive allele specific PCR, немесе бәсекелес аллель-спецификалық полимеразды тізбекті реакция) ақпараттық маркерлер жиынтығы әзірленеді. Қазақстанда селекциялық зерттеулерді күшейту үшін жоғары өнімді және жоғары сапалы ноқат линиялары іріктеледі. Сондай-ақ микросателлиттік маркерлерді пайдалана отырып, қазақстандық үлгілерді қоса алғанда, ноқаттың әлемдік коллекциясының генетикалық алуантүрлілігі бағаланады.

 

Жобаның мақсаты: Дүниежүзілік ноқат коллекциясын зерттеу және ассоциацияларды толық геномдық талдау әдістемесін қолдану негізінде өнімділік пен дән сапасын анықтайтын сандық белгі локустарын іздеуді жүзеге асыру.

Күтілетін нәтижелер:

1. Ноқаттың дүниежүзілік коллекциясы Қазақстанның оңтүстік-шығысында шаруашылық-құнды белгілері бойынша зерттеледі. Коллекция үлгілерінің морфологиялық белгілері мен өнімділік компоненттерінің кешені бойынша сипаттамалар беріледі;
2. Микросателлитті ДНҚ-маркерлерінің көмегімен ноқат коллекциясының генетикалық алуантүрлілігі бағаланады. Шаруашылық-құнды белгілерімен байланысты ақпаратты ДНҚ-маркерлері анықталады;
3. Ноқат коллекциясы дәнінің биохимиялық құрамына баға беріледі. Ақуыз және аминқышқылдарының құрамы бойынша ноқат коллекциясының өзгергіштік деңгейі зерттеледі;
4. Ассоциацияларды толық геномдық талдау әдістемесі негізінде ДНҚ-маркерлері мен ноқат өнімділігі мен дән сапасының белгілері арасындағы ассоциациялар анықталады;
5. Өнімділік пен дән сапасы белгілері негізінде ақпараттық KASP-маркерлері әзірленеді. Жергілікті коммерциялық сорттар мен перспективті ноқат линиялары әзірленген KASP-маркерлерінің көмегімен генотиптеледі;
6. Алдыңғы ұрпақтың жергілікті гибридті линияларын зерттеу негізінде ақпараттық KASP-маркерлерінің тиімділігін валидациялау жүзеге асырылады. Қазақстанның селекциясын қарқындату үшін перспективті ноқат линиялары бөлінеді.

 

Жобаның ғылыми жетекшісі:

Әнуарбек Шынар Нұрланқызы, PhD, ӨББИ молекулалық генетика зертханасының ғылыми қызметкері, жоба тақырыбы бойынша 11 жылдық жұмыс тәжірибесі бар, Н index – 4,  https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57192177334.

Зерттеу тобының мүшелері:

Туруспеков Ерлан Кенесбекович, биология ғылымдарының кандидаты, профессор, молекулалық генетика зертханасының меңгерушісі. H-index 16, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57197860996

Абугалиева Сауле Изтелеуовна, бас ғылыми қызметкер, биология ғылымдарының докторы, профессор. Н-index 12, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6507029042).

Затыбеков Алибек Камзабекович, PhD, ӨББИ молекулалық генетика зертханасының жетекші ғылыми қызметкері, H-index – 4,  https://www2.scopus.com/hirsch/author.uri?accessor=authorProfile&auidList=57196942983),

Байтаракова Куралай Жумановна, магистр, Қазақ ұлттық аграрлық университетінің (ҚазҰАУ) 1-курс докторанты, ҚазЕжӨШҒЗИ дәнді бұршақ дақылдар бөлімінің аға ғылыми қызметкері.

 

2018-2022 жылдардағы жоба орындаушыларының жарияланымдары мен патенттерінің тізімі:

1. KZ №3137 А01Н 1/04 (2006.01) пайдалы модель потенті. Мемлекеттік тізілім 24.09.2018 жылғы №36 бюллетень. Затыбеков А.К., Әнуарбек Ш.Н., Абугалиева С.И., Досжанова Б.Н., Туруспеков Е.К. KASP технологиясын қолдана отырып, селекциялық-құнды соя линияларын анықтау әдісі https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/Details?docNumber=283866.
2. Genievskaya Y., Pecchioni N., Laidò G., Anuarbek S., Rsaliyev A.,Chudinov, V.; Zatybekov A., Turuspekov Y., Abugalieva S., Genome‐Wide Association Study of Leaf Rust and Stem Rust Seedling and Adult Resistances in Tetraploid Wheat Accessions Harvested in Kazakhstan. Plants (IF=4.658, Q1-Plant Sciences; SJR=0.765, процентиль 71 – Plant Sciences) 2022, 11, 1904. https://doi.org/10.3390/plants11151904. (https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85136983036&origin=resultslist&sort=plf-f).
3. 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. PLOS ONE (IF=3.752, Q2- Multidisciplinary Sciences; SJR=0.852, процентиль 87 – Multidisciplinary), 15(6), e0234863. doi:10.1371/journal.pone.0234863. (https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85087025039&origin=resultslist&sort=plf-f).
4. Zatybekov A., Anuarbek S., Abugalieva S., Turuspekov Y. Phenotypic and genetic variability of a tetraploid wheat collection grown in Kazakhstan. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. (Q3 – Agricultural and Biological Sciences; SJR=0.188, процентиль 42 – General Agricultural and Biological Sciences). 2020;24(6):605-612. DOI 10.18699/VJ20.654
5. Anuarbek S., Abugalieva S., Turuspekov Y. Validation of bread wheat KASP markers in durum lines in Kazakhstan. Proceedings of the Latvian Academy of Sciences, Section B: Natural, Exact, and Applied Sciences (SJR=0.143, процентиль 29-Multidisciplinary). 2019. 73(5): P.462-465. DOI: 10.2478/prolas-2019-0071. (https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85079387457&origin=resultslist&sort=plf-f).
6. Патент на полезную модель KZ №5061 C12Q 1/6806. ГосРеестр бюллетень №40 от 09.10.2020. Туруспеков Е.К., Абугалиева С.И., Әнуарбек Ш.Н. Способ идентификации селекционно-ценных линий твердой пшеницы ( durum Desf.) с использованием молекулярных маркеров по технологии KASP. https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/Details?docNumber=323771.
7. Zatybekov A., Abugalieva S., Didorenko S., Rsaliyev A., Turuspekov Y. (2018). GWAS of a soybean breeding collection from South East and South Kazakhstan for resistance to fungal diseases. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii. (Q3 – Agricultural and Biological Sciences; SJR=0.188, процентиль 42 – General Agricultural and Biological Sciences). 22(5):536-543. DOI: https://doi.org/10.18699/VJ18.392. (https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85052138239&origin=resultslist&sort=plf-f).
8. Zatybekov A., Turuspekov Y., Doszhanova B., Didorenko S., Abugalieva S. Effect of Population Size on Genome-Wide Association Study of Agronomic Traits in Soybean // Proceedings of the Latvian Academy of Sciences, Section B: Natural, Exact, and Applied Sciences, (SJR=0.143, процентиль 29-Multidisciplinary), 2020, 74(4), P. 244–251. DOI: https://doi.org/10.2478/prolas-2020-0039. (https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85112056144&origin=resultslist&sort=plf-f).
9. Байтаракова К.Ж., Кудайбергенов М.С., Кененбаев С.Б. Продуктивность и качество зерна нута на завершающем этапе селекции // Ізденістер, нәтижелер-Исследования, результаты, №4 (88) 2020. – С.199-204
10. Патент на селекционное достижение KZ №943. ГосРеестр бюллетень №53 от 31.12.2020. Байтаракова К.Ж., Бегжанов Ж.Н., Кудайбергенов М.С., Альдешова М.К. Сорт нута «Нұрлы-80». Авторское свидетельство №598 от 13 марта  2017 г. (https://gosreestr.kazpatent.kz/SelectionAchievement/Details?docNumber=291390).
11. Патент на селекционное достижение KZ №943. ГосРеестр бюллетень №53 от 31.12.2020. Булатова К.М., Мазкират Ш., Оразалиев Н.Н., Кудайбергенов М.С., Байтаракова К.Ж. Сорт нута «Мирас 07». (https://gosreestr.kazpatent.kz/SelectionAchievement/Details?docNumber=282272).
12. Zatybekov A., Genievskaya Y.; Rsaliyev A., Maulenbay A., Yskakova G., Savin T., Turuspekov Y., Abugalieva S. Identification of Quantitative Trait Loci for Leaf Rust and Stem Rust Seedling Resistance in Bread Wheat Using a Genome-Wide Association Study. Plants (IF=4.658, Q1- Plant Sciences; SJR=0.765, процентиль 71 – Plant Sciences) 2022, 11, 74. https://doi.org/10.3390/plants11010074. (https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85121687724&origin=resultslist&sort=plf-f).

2023 жылда қол жеткізілген нәтижелер:

Алматы облысы бойынша дүниежүзілік ноқат коллекциясының 238 үлгісін далалық сынақтан өткізу нәтижесінде зерттелетін үлгілердің вегетациялық кезеңдері мен өнімділік компоненттеріне салыстырмалы баға берілді. Бір өсімдіктегі тұқымның салмағы (8 үлгі) және 1000 тұқымның салмағы (4 үлгі) бойынша ең жоғары көрсеткіштері бар үлгілер анықталды. Ноқат коллекциясының үлгілерінен ДНҚ бөлу және тазартуды оңтайландыру үш реттік қайталанымда жүргізілді. SSR-маркерлерді пайдалана отырып, зерттелетін коллекцияға скрининг жұмыстары басталды. 5 SSR-маркерлерінің праймер скринингі жүргізілді

Жарияланымдар (2023 ж.): ————

2024 жылда қол жеткізілген нәтижелер:

Қазақстанның оңтүстік-шығысында шаруашылық-құнды белгілері бойынша әлемдік ноқат коллекциясын зерттеу жалғасты. Морфологиялық белгілер кешені және өнімділік компоненттері бойынша құрылымдық талдау негізінде ноқат үлгілерінің фенотиптік өзгергіштігіне бағалау жүргізілді. Шаруашылық-құнды белгілерімен байланысты микросателлитті ДНҚ-маркерлерінің көмегімен ноқат коллекциясының генетикалық алуантүрлілігін бағалау жалғасты. Ноқат коллекциясы дәнінің биохимиялық құрамына баға берілу жұмыстары жалғасуда. Ақуыз және аминқышқылдарының құрамы бойынша ноқат коллекциясының өзгергіштік деңгейін зерттеу жұмыстары жалғасты. Бұл ноқат коллекциясында ақуыз мөлшері 13,5%-дан 37,9%-ға дейін, орташа мәні 27,0 ± 4,9%-ды құрады. Коллекцияның 35% жоғары белокпен (30-38%) сипатталды, ал коллекцияның көпшілігінде (60%) 20-29% диапазонында ақуыз болды. ДНҚ маркерлері мен ноқат өнімділігі мен дән сапасының сипаттамалары арасындағы байланыстарды анықтау ассоциацияларды толық геномдық талдау әдістемесін қолдану негізінде басталды. Ноқаттың 7 хромосомасында 41 сандық белгі локустары (СБЛ) анықталды. Өнімділік компоненттері негізінде (өсімдіктегі дәндердің саны, 1000 дәннің салмағы, бір өсімдіктегі дәннің салмағы) 1, 2, 3, 4, 6, 7 және 8 хромосомалары бойынша 30 СБЛ анықталды. Бейімделгіштік компоненттері негізінде (өсімдік биіктігі, төменгі бұршақтың бекітілу биіктігі) 2, 4 және 6 хромосомаларында 3 СБЛ анықталды. Фенологиялық фазаларға сәйкес (VER2, VER8, R2R4) 1, 2, 4 хромосомаларында 8 СБЛ анықталды. Өнімділік пен дән сапасының сипаттамаларына негізделген ақпараттық KASP-маркерлерін құру басталды. Жасалған KASP-маркерлерін пайдалана отырып, жергілікті тауарлық сорттарды және келешегі бар ноқат линияларын генотиптеу басталды. Алдыңғы ұрпақтың жергілікті гибридті линияларын зерттеу негізінде ақпараттық KASP маркерлерінің тиімділігін тексеру басталды.

 

 

2025 жылғы нәтижелер

Ноқаттың 258 жаһандық генотипін бағалау олардың шығу аймағына байланысты агрономиялық белгілері бойынша елеулі айырмашылықтар бар екенін көрсетті. Шығу тегінің барлық топтары бойынша біріктірілген үлгіде өсімдіктердің орташа биіктігі 33,68 см, төменгі бұршақтың бекіну биіктігі – 18,63 см, бір өсімдікке шаққандағы жанама бұтақтар саны орта есеппен 2,23 дана, ал бір өсімдіктен алынған өнімділік – 4,71 г болды. Алынған нәтижелер отандық сортоүлгілердің селекция үшін жоғары әлеуетке ие екенін көрсетеді (1-сурет).

PH – өсімдіктің биіктігі; HLP – төменгі бұршақтың бекіну биіктігі; NLB – жанама бұтақтардың саны; NSP – бір өсімдіктегі бұршақтар саны; YP – бір өсімдіктен алынған өнімділік; TSW – 1000 тұқымның массасы.

 

 

Дисперсиялық талдау 258 зерттелген ноқат генотипінде шығу тегі, тұқым пішіні және зерттеу жылы факторларының, сондай-ақ олардың өзара әрекеттесулерінің бірқатар селекциялық тұрғыдан құнды белгілерге статистикалық тұрғыдан сенімді әсер ететінін анықтады.

Қазақстандық ноқат коллекциясын генотиптеу үшін барлығы 28 SSR-маркер пайдаланылды. Олардың 23-і полиморфизм көрсетіп, әр локус бойынша 2-ден 8-ге дейін аллель анықталды, ал бес маркер мономорфты болды. STRUCTURE, PCA және жұптық генетикалық қашықтықтарды талдау әдістерімен алынған жиынтық нәтижелер 27 ноқат үлгісі арасында жоғары деңгейдегі араласу жағдайында төрт негізгі генетикалық кластердің бар екенін және desi мен kabuli типтері арасында айқын генетикалық дифференциацияның жоқтығын көрсетті. Бұл зерттелген коллекцияның ортақ әрі күрделі генетикалық шығу тегін айғақтайды (2-сурет).

 

Ноқаттың 258 үлгісінің дәнінің биохимиялық құрамына жүргізілген фенотиптік бағалау қоректік құндылықтың негізгі көрсеткіштері бойынша айқын полиморфизмді анықтап, бұл коллекцияның селекциялық бағдарламалар үшін жоғары жарамдылығын көрсетті. Негізгі компоненттерді талдау нәтижесінде PC1 жалпы дисперсияның 44,3%-ын түсіндіріп, ақуыз мөлшері мен май және ылғалдылық мөлшері арасындағы айқын кері корреляцияны бейнелейтіні анықталды, ал PC2 (дисперсияның 31,5%-ы) аспарагин және глутамин қышқылдарының қарама-қарсы қойылуымен байланысты аминқышқылдық профильдің өзгергіштігін сипаттады. Жалпы алғанда, екі компонент деректердің жалпы өзгергіштігінің 75,8%-ын қамтиды (3-сурет).

 

 

Алты негізгі ауылшаруашылық белгі бойынша 351 сенімді маркер-белгі ассоциациясын (МБА) анықтау мақсатында бүкіл геном бойынша ассоциациялық талдау жүргізілді. Жылдар бойынша 2022, 2023 және 2024 жылдары тиісінше 128, 164 және 102 сенімді маркер–белгі ассоциациясы (МБА) анықталды, олардың ішінде бес ассоциация бірнеше жыл бойы маңыздылығын сақтап, тұрақты геномдық аймақтардың бар екенін көрсетті. Байланыс тепе-теңдігінің ыдырауын (LD decay) ескере отырып, алты белгімен байланысты барлығы 128 сандық белгілер локусы (СБЛ) анықталды (жылдар бойынша тиісінше 65, 59 және 54 СБЛ), олардың 40-ы тұрақты болып табылды, соның ішінде барлық үш жылда маңыздылық көрсеткен 10 СБЛ бар (4-сурет). Фенотиптік өзгергіштік коэффициентін (R²) талдау олардың әсер ету күшінің әртүрлі екенін көрсетті: белгілердің полигенді табиғатын сипаттайтын төмен және орташа әсерлерден бастап, R² мәні жоғары (>0,10) жеті СБЛ-ге дейін, олар Q_NLB_1.1, Q_NLB_1.2, Q_NSP_4.2, Q_TSW_4.1, Q_TSW_4.2, Q_YP_1.1 және Q_YP_2.1 негізгі локустарына сәйкес келеді.

 

Геном бойынша сандық белгілер локустарының (СБЛ) таралуын талдау СБЛ-дің басым бөлігі (70,3%) интергендік аймақтарда орналасқанын, ал қалған 29,7%-ы кодтаушы тізбектер шегінде орналасқанын көрсетті.

Толық геном бойынша ассоциациялық талдау (ТГАТ) нәтижесінде идентификацияланған SNP-маркерлер оларды қолдануға неғұрлым ыңғайлы KASP-маркерлерге конвертациялау үшін пайдаланылды. Жүргізілген жұмыстардың нәтижесінде шаруашылық тұрғыдан құнды белгілермен ассоциацияланған 27 SNP-маркер жоғары спецификалық және экономикалық тиімді KASP-маркерлерге сәтті түрде конвертацияланды.

Келесі кезеңде 38 үлгіден тұратын коллекция KASP-генотиптеуге ұшыратылды. Талданған 19 KASP-маркердің 17-сі (89%) бір немесе бірнеше фенотиптік белгілермен статистикалық тұрғыдан сенімді ассоциация көрсетті, бұл олардың жоғары ақпараттылығын және селекциялық бағдарламаларда одан әрі қолдану үшін әлеуетті құндылығын айқындайды. Анықталған KASP-маркерлер, атап айтқанда ipbb_ca_005, ipbb_ca_008, ipbb_ca_013 және ipbb_ca_023 (өнімділік компоненттері), сондай-ақ ipbb_ca_003, ipbb_ca_021 және ipbb_ca_026 (морфологиялық белгілер) нуттың маркерге негізделген селекция бағдарламаларында өнімділікті арттыру және өсімдіктердің морфологиялық сипаттамаларын оңтайландыру мақсатында пайдалануға болатын сенімді кандидаттар ретінде қарастырылуы мүмкін.

 

Потенциалды пайдаланушылар үшін ақпарат

Ноқат коллекциясын (Cicer arietinum L.) зерттеу нәтижелері, оған 258 жаһандық генотип пен Қазақстандық сортоүлгілер кірген, селекция, тұқым шаруашылығы және Қазақстан Республикасында тұрақты егін шаруашылығы үшін жоғары практикалық маңызға ие. Негізгі агрономиялық белгілер мен дән сапасының көрсеткіштері бойынша анықталған айырмашылықтар, сондай-ақ жоғары деңгейдегі генетикалық әртүрлілік (айтарлықтай араласу жағдайында төрт генетикалық кластер) зерттелген материалдың жоғары селекциялық әлеуетін және оны елдің әртүрлі агроэкологиялық аймақтары үшін селекциялық бағдарламаларда мақсатты түрде қолдану мүмкіндігін растайды.

ТГТА аясында сенімді маркер-белгі ассоциациялары және негізгі сандық белгілер локустары, соның ішінде тұрақты және жоғары әсерлі локустар анықталды, бұл маркерге негізделген селекция үшін ғылыми негіз қалыптастырады. SNP-маркерлерді ақпараттылығы жоғары KASP-маркерлерге конвертациялау және олардың сәтті валидациясы алынған нәтижелерді практикалық қолдануға ұсынуға мүмкіндік береді, бұл нуттың бәсекеге қабілетті, жоғары өнімді және бейімделген сорттарын жылдам жасауға, мәдениеттің өнімділігін арттыруға және Қазақстан Республикасының азық-түлік қауіпсіздігін нығайтуға ықпал етеді.

2025 жылғы жарияланымдар

Web of Science және (немесе) Scopus деректер базасында индекстелген рецензияланатын шетелдік ғылыми журналдардағы жарияланымдар тізімі

Zatybekov A., Genievskaya Y., Anuarbek,S., Kudaibergenov M., Turuspekov Y., Abugalieva S. Phenotypic and Genetic Diversity of Chickpea (Cicer arietinum L.) Accessions from Kazakhstan // Diversity. – 2025. – Vol.17, – P.664. https:// doi.org/10.3390/d17090664.

 

ҚР ҒЖБМ ҒЖБССҚК ұсынылған рецензияланатын шетелдік немесе отандық басылымдағы мақалалар:

Zatybekov A.K., Yeshengaliyeva A.N., Anuarbek Sh.N., Kudaibergenov M.S., Turuspekov Y.K., Abugalieva S.A. Field Evaluation and Diversity of 238 Global Chickpea (Cicer arietinum L.) Genotypes Grown in South-East Kazakhstan // Fundamental And Experimental Biology. – 2025. – Vol.30. – P.3(119).

Халықаралық конференциялардағы тезистер (баяндау форматы көрсетілген)

Zatybekov A.K., Burakhoja A.K., Kudaybergenov M.S., Varshney R., Krempa A., Anuarbek Sh., Turuspekov Y.K. Variability of agronomic traits in chickpea collection grown in irrigated and non-irrigated conditions // International Conference on Plant Biology and Biotechnology (ICPBB 2024). – Almaty, 2024. – P. 111 (постер).