AP23485118 (жетекшісі Туруспеков Е.К.)

Жоба туралы қысқаша ақпарат

(2024-2026 ж.ж.)

 

Жобаның атауы: ЖТН AP23485118 «Өсімдік дамуының ювенильді және ересек кезеңдерінде арпаның торлы дақ пен ринхоспориозға төзімділік локустарын ассоциативті карталау».

Өзектілігі. Арпа – Қазақстандағы екінші маңызды дәнді дақыл. Атап айтқанда, жаздық арпа 2,2 млн га егістік алқапты алып жатыр және елдегі жалпы астық түсімінің 15,4% құрайды (2022 ж.). Арпа өнімділігі мен дән сапасына көптеген қоршаған орта факторлары әсер етеді, алайда өнімділіктің төмендеуінің негізгі себептерінің бірі – отандық сорттардың саңырауқұлақ ауруларына, соның ішінде торлы дақ пен ринхоспориозға төзімділігінің төмендігі. Арпа дақылдарының осы қоздырғыштармен зақымдануы масақтағы дәндердің саны мен сапасының төмендеуіне әкеледі, ал жауын-шашын көп болған жылдары егіннің 40% дейін жоғалуына әкелуі мүмкін. Бұл ауруларға төзімділік генетикалық тұрғыдан анықталады, алайда қазіргі уақытта Қазақстанда арпаның осы екі ауруға төзімділігі ассоциацияларын толық геномдық талдау бойынша терең зерттеулер жүргізілген жоқ. Жоғарыда айтылғандарға байланысты жобалық өтінімде 194 шетелдік және 82 отандық сорттар мен линиялардан тұратын екі қатарлы жаздық арпаның дүниежүзілік коллекциясын екі қауіпті саңырауқұлақ ауруларына: торлы дақ және ринхоспориозға төзімділігінің генетикалық ерекшеліктерін зерттеу ұсынылады. Жоғарыда аталған 276 шетелдік және отандық арпа үлгілерінің коллекциясы бұрын 9000 SNP (single nucleotide polymorphism, бір нуклеотидті полиморфизм) маркерлері бойынша генотиптелген. Бұл жобада 50000 SNP генотиптеу арқылы SNP маркерлерінің санын көбейту, сондай-ақ фенотиптің вариациялары (төзімділік деңгейі) мен генотиптеу деректері – полиморфты SNP маркерлері арасындағы ассоциацияларды іздеуге негізделген генетикалық карталаудың, ассоциацияларды толық геномдық талдауының (АТГТ) заманауи әдістемесін пайдалану жоспарланған. Жобаны орындау барысында арпа және сорт-стандарттар коллекциясы еліміздің екі аймағында – Алматы және Жамбыл облыстарында зерттеледі. Бұл пәнаралық жобада екі ауруға төзімділіктің жаңа генетикалық факторларын іздеу үшін Қазақстанның генетиктері мен фитопатологтарының күштері біріктіріледі, сондай-ақ торлы дақ пен ринхоспориозға, сондай-ақ жоғары өнімділік пен дән сапасына бір мезгілде төзімді болып табылатын перспективалы линияларын іріктеу және бағалау үшін жаңа ДНҚ-маркерлер жиынтығы әзірленеді.

Жобаның мақстаы: Арпаның торлы дақ пен ринхоспориозға төзімділігі үшін жаңа сандық белгі локустарын (СБЛ) іздеу және генетикалық карталау.

Күтілетін нәтижелер:

1) Арпаның әлемдік коллекциясы үлгілерін өскін және ересек өсімдік кезеңдерінде дақтылықтың екі түріне төзімділігін бағалау. Торлы дақ пен ринхоспориозға төзімділігі бар перспективалы линиялар бөлінеді.

2) 50000 SNP-маркерлері бойынша генотиптеу деректерін пайдалана отырып, екі қатарлы арпа коллекциясының генетикалық алуантүрлілігі мен популяция құрылымына талдау жасалады.

3) Қазақстандық селекцияның арпа үлгілері ринхоспориозға және торлы даққа төзімділік гендерімен байланысқан микросателлитті ДНҚ-маркерлерінің көмегімен сипатталады.

4) АТГТ әдістемесі негізінде арпаның торлы даққа және ринхоспориозға төзімділігімен байланысты жаңа СБЛ локализацияланады.

5) Гендердің ДНҚ-маркерлерінің жиынтығы және арпаның зерттелетін ауруларға төзімділігі үшін СБЛ жасалады, ринхоспориозға және торлы даққа төзімділік аллельдерін тасымалдайтын перспективалы линиялары таңдалады.

 

Жобаның ғылыми жетекшісі:

Туруспеков Е.К., ӨББИ молекулалық генетика зертханасының меңгерушісі, биология ғылымдарының кандидаты, профессор, ҚР Президенті жанындағы Қазақстан Республикасы Ұлттық ғылым академиясының академигі. Зерттеу жұмысының негізгі бағыты: дәнді дақылдар селекциясында геномдық технологияларды қолдану. Молекулалық генетика және селекция саласында, соның ішінде Жапония, Ұлыбритания және Америкадағы ғылыми орталықтарда көп жылдық тәжірибесі бар. ҚР АШМ және ҒжЖБМ арқылы 4 грант пен 4 жобаның ғылыми жетекшісі. 100-ден астам ғылыми мақалалар, соның ішінде Web of Science (https://www.webofscience.com/wos/author/record/1719056) және/немесе Scopus (Индекс Хирша 16, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57197860996) индекстелген рецензияланған шетелдік ғылыми басылымдардағы 64 мақалалар, ҚР ҒжЖБМ ҒЖБССҚЕК ұсынған журналдарда 30-дан астам жарияланымдардың бірлескен авторы. 7 монографияның, 5 ғылыми-әдістемелік ұсынымның, жаздық жұмсақ бидайдың (3), жаздық және күздік арпаның (6, оның ішінде 2 аймақтық) сорттарының, 2 пайдалы модель патентінің бірлескен авторы. Туруспеков Е.К. 7 отандық және шетелдік ғылыми журналдардың редакциялық алқасының мүшесі. «Қазақстан Республикасының ғылымын дамытуға сіңірген еңбегі үшін» төсбелгісімен марапатталған (2014). Thomson Reuters және «ҰМҒТСО» АҚ ​​«Ғылым көшбасшысы» дипломының иегері (2015); Қазақстан Республикасының ғылымы мен техникасын дамытуға ерекше үлес қосқан ғалымдар мен мамандарға арналған мемлекеттік ғылыми стипендияның иегері (2018 ж.). Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігінің «Үздік ғылыми қызметкер» 2022 байқауының жеңімпазы.

 

Зерттеу тобының мүшелері:

Гениевская Ю.А., 1996 ж. (жас ғалым), ӨББИ ғылыми қызметкері, PhD, 8 жылдық жұмыс тәжірибесі бар (ауруларға төзімділік генетикасы, АТГТ), WoS, Scopus (H-index-9, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57196939730) индекстелген 18 мақаланың бірлескен авторы, оның 10 жоба тақырыбына арналған; ҒЖБССҚЕК басылымдарында 5; 1 монографияның, 1 ғылыми-әдістемелік ұсынымның және 1 пайдалы модель патентінің бірлескен авторы. BR18574149 (2023-2024) ғылыми-техникалық бағдарламасы аясында жоба жетекшісі. Оксфорд университетінде және Джон Иннес орталығында (Ұлыбритания) тағылымдамадан өткен.

Әнуарбек Ш.Н., 1992 ж. (жас ғалым), ӨББИ аға ғылыми қызметкері, PhD, 11 жылдық еңбек өтілі бар (генотиптеу, АТГТ), 9 ғылыми мақаланың бірлескен авторы: Web of Science және Scopus басылымдарында рецензияланған 6 мақала (H-index–5, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57192177334), 3 ҒЖБССҚЕК басылымдарында; 1 ғылыми-әдістемелік ұсынымның, 3 пайдалы модель патентінің бірлескен авторы. Италиядағы ғылыми орталықтарда ғылыми тағылымдамадан өтті.

Мауленбай А.Д., 1994 ж., магистр (жас ғалым), молекулалық биология және фитопатология саласындағы маман, БҚПҒЗИ фитосанитарлық қауіпсіздік зертханасының меңгерушісі. Аахен қолданбалы ғылымдар университетінде (Германия, 2017 ж.) Бүкілресейлік өсімдіктерді қорғау ғылыми-зерттеу институтында (Ресей, 2022 ж.), Аймақтық дәнді дақылдарды тат ауруын зерттеу орталығында (RCRRC) (Измир, Түркия 2022 ж.) ғылыми тағылымдамадан өтті. Хирш индексі-2 (https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57219199798).

Курымбаева Н.Д., 1989 ж., магистр, фитопатология саласындағы жас маман, БҚПҒЗИ кіші ғылыми қызметкер м.а. Бүкілресейлік өсімдіктерді қорғау ғылыми-зерттеу институтында тағылымдамадан өтті (Ресей, 2022 ж.).

 

2018-2023 жылдардағы жоба орындаушыларының жарияланымдары мен патенттерінің тізімі: 

 

2024 жылғы нәтижелер:

  1. Жаздық екі қатарлы арпаның 273 сорты мен линияларын қамтитын коллекция ҚазЕӨҒЗИ дала жағдайында және БҚПҒЗИ инфекциялық жағдайда өсірілді. Коллекция өскін және ересек өсімдік кезеңдерінде торлы дақ пен ринхоспориозға төзімділікке бағаланды. Торлы дақтарына және ринхоспориозға төзімділігі бар перспективалы арпа линиялары анықталды.
  2. Екі қатарлы арпа коллекциясындағы генетикалық алуантүрлілік пен популяция құрылымының талдауы 50 000 SNP маркерлері (Illumina) үшін генотиптеу деректерін пайдалана отырып жүргізілді. Нәтижесінде 31834 полиморфты (MAF > 0,05) SNP үшін матрицалық деректер алынды. Геномды қамту 4,54 Гб болды. Талдау географиялық шығу тегі бойынша үлгілердің кластерленгенін көрсетті.
  3. Қазақстандық жаздық арпаның коллекциясынан ДНҚ бөлініп алынды, сонымен қатар ДНҚ генотипі торлы дақ пен ринхоспориозға төзімділік гендерімен байланысты микросателлит маркерлері қолданыла бастады.
  4. Талдау фенотиптік (төзімділікті бағалау) және генотиптік (SNP матрицасы) деректері және GAPIT бағдарламасы арқылы жүргізілді, бұл ересек өсімдіктің торлы даққа төзімділікпен (P <0,001) 6 локусы және ринхоспориозға төзімділігі үшін 7 сандық белгі локустарын (QTLs) анықтауға мүмкіндік берді.

 

Жарияланымдар (2024 ж.):

 

2025 жылғы нәтижелер

 2025 жылға арналған жобаны іске асыру шеңберінде географиялық шығу тегі әртүрлі 273 сорт үлгілерінен тұратын жаздық екі қатарлы арпа коллекциясына кешенді зерттеу жүргізілді. Жұмыс пәнаралық сипатта болып, далалық фенотиптеуден бастап ассоциацияларды толық геномдық талдауға (GWAS) дейінгі барлық негізгі кезеңдерді қамтыды, бұл зерттеліп отырған генофондтың селекциялық әлеуетін жан-жақты бағалауға мүмкіндік берді. Табиғи (ҚазЕӨҒЗИ) және жасанды (БҚПҒЗИ) инфекциялық жағдайларда жүргізілген далалық сынақтар арпа үлгілерін торлы дақ пен ринхоспориозға төзімділік деңгейі бойынша саралауға мүмкіндік берді. Торлы дақ қоздырғышына ересек өсімдік кезеңінде жүргізілген бағалау нәтижесінде реакциялардың кең ауқымды вариациясы анықталды: 31 үлгі толық иммунитет көрсетті, 82 үлгі төзімді (R), 79 үлгі орташа төзімді (MR) деп бағаланды. Сонымен қатар, 83 үлгі орташа сезімтал және сезімтал (MS және S) топтарына жатқызылды. Ринхоспориозға қатысты коллекция жоғары төзімділік деңгейін көрсетті: 250 үлгі иммундық реакциямен (0 балл) сипатталды, ал тек аз ғана үлгілерде ауру белгілері байқалды. Фитопатологиялық мониторингпен қатар фенологиялық белгілер мен өнімділіктің негізгі элементтеріне бағалау жүргізілді, бұл ауруларға төзімділігі жоғары әрі өнімділігімен ерекшеленетін перспективті арпа линияларын анықтауға мүмкіндік берді.

Зерттеудің молекулалық-генетикалық кезеңінде Қазақстанның 86 арпа сорты мен линиясына микросателлиттік (SSR) маркерлерді пайдалана отырып ДНҚ-генотиптеу жүргізілді. Генотиптеу HVLEU, HVM03, HVM36, Bmag606, Bmag613 және Bmag112 маркерлері бойынша үш реттік қайталымда орындалып, ауруларға төзімділік гендерімен ассоциацияланған полиморфизмді анықтауға мүмкіндік берді. Төзімділік белгілерінің генетикалық құрылымын тереңірек түсіну мақсатында ассоциацияларды толық геномдық талдау (GWAS) қолданылды. GAPIT бағдарламасы мен SNP-генотиптік матрицаны пайдалану арқылы БҚПҒЗИ жағдайында торлы даққа төзімділікпен байланысты (P < 0,001) 10 сандық белгі локусы (QTL) және ҚазЕӨҒЗИ жағдайында 2 QTL анықталды. Сонымен қатар, ересек өсімдік кезеңінде ринхоспориозға төзімділіктің 8 QTL табылды. Зерттеудің маңызды бөлігі ретінде ювенильді төзімділікке талдау жүргізіліп, өсімдіктің онтогенезінің ерте кезеңдеріндегі қорғаныс реакцияларын анықтайтын 12 сенімді СБЛ (P < 0,001) айқындалды.

Зерттеудің технологиялық базасы Thermo Scientific Varioskan LUX микропланшетті спектрофотометрін енгізу арқылы күшейтілді. Аталған құрал флуоресценция мен люминесценцияны жоғары дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік береді, бұл физиологиялық-биохимиялық төзімділік маркерлерін талдау кезінде сынамаларды өңдеуді жеделдетіп, нәтижелердің қайталанымдылығын арттырады.

Осылайша, жүргізілген зерттеулер нәтижесінде жаздық арпаның құнды селекциялық материалын іріктеуге негіз болатын фенотиптік және генотиптік деректер базасы қалыптастырылды. Алдағы зерттеулер анықталған локустарды толық карталауға және оларды маркер-ассоциацияланған селекция (MAS) бағдарламаларында пайдалануға бағытталатын болады. Жұмыс 2026 жылы жалғасын табады.

 

Потенциалды пайдаланушылар үшін ақпарат

Ринхоспориоз бен торлы даққа төзімділік гендерімен байланысқан SSR және SNP маркерлерін қолдану арқылы арпа сорттары мен перспективалы линияларын паспорттау. Жаңа сорттарды жедел шығару мақсатында селекцияның әртүрлі кезеңдерінде SNP-маркерлер мен PACE-генотиптеу технологиясын пайдалана отырып маркер-ассоциацияланған селекцияны (MAS) жүргізу. Varioskan LUX спектрофотометрінде жоғары өнімді талдау жүргізу, ол флуоресценция мен люминесценцияны өлшеудің жоғары жылдамдығы мен дәлдігін қамтамасыз етіп, зертханалық өлшеулердің тиімділігі мен қайталанымдылығын арттырады.

2025 жылғы жарияланымдар

Халықаралық конференциялардағы тезистер (баяндау форматы көрсетілген)

Genievskaya Y., Maulenbay A., Rsaliyev S., Rsaliyev A., Turuspekov Y. Genome-wide association study reveals QTLs and candidate genes for fungal diseases resistance in barley in Kazakhstan // The V International Plant Breeding Congress (V IPBC) – Antalya, 2025. (ауызша баяндама)