Cоздание устойчивых к бурой ржавчине перспективных линий пшеницы на основе внедрения в селекционный процесс технологии Marker Assisted Gene Pyramiding.

1. Название проекта: Cоздание устойчивых к бурой ржавчине перспективных линий пшеницы на основе внедрения в селекционный процесс технологии Marker Assisted Gene Pyramiding.
2. Руководитель: Старший научный сотрудник лабратории генетики и селекции ИББР – Кумарбаева М.Т
Исполнители:
- Старший научный сотрудник. Нұржұма М.Н.;
- Младший научный сотрудник. Болатбекова А.А.;
- Младший научный сотрудник. Малышева А.А.;
- Лаборант. Бахытулы К.;
- Лаборант. Мухаметжанов К.К.
Цель: Cоздание устойчивых к бурой ржавчине перспективных линий пшеницы на основе внедрения в селекционный процесс технологии Marker Assisted Gene Pyramiding (MAGP).
3. Задачи проекта:
–Этап 2023 года: «Cоздание устойчивых к бурой ржавчине перспективных линий пшеницы на основе внедрения в селекционный процесс технологии Marker Assisted Gene Pyramiding».
–Этап 2024 года: «Cоздание устойчивых к бурой ржавчине перспективных линий пшеницы на основе внедрения в селекционный процесс технологии Marker Assisted Gene Pyramiding».
4. Объект исследований: Коллекция из 260 генотипов, включающая сорта, перспективные линии, гибридные и бекроссные популяции пшеницы.
5. Методы исследований: Оценка полевой устойчивости к бурой ржавчине проведена по Roelfs et al., 1992; выделение геномной ДНК – по методу Riede et al., 1996 и др.
6. Промежуточные результаты за 2023 г.:
– Проведен фитопатологический скрининг коллекции из сортов, перспективных линий, гибридных и бекроссных популяций пшеницы. Отобрано 165 линий с иммуным и умеренно-устойчивым типом реакции;
- На первом этапе пирамидирования, установлено, что 29 родительских форм являются носителями эффективных Lr генов.;
- На втором этапе изучены гибриды F2-F3-F4 и беккроссные популяции ВС2, ВС3, в которых с использованием молекулярных маркеров отслеживали наличие целевых Lr генов (Lr19, Lr24, Lr37, Lr50 и Lr68). Из генерации F2 идентифицировано 26 линий пшеницы; из генерации F3 – 13, из ВС2 – 9, ВС3 - 7 с геном Lr37.;
- Отобранные 7 линий переданы для испытания в питомник СП-2, из которого выделено 4 перспективные линии, являющиеся носителями Lr37. Идентифицированные 4 линии геном Lr37 из СП-2 переданы на изучение в КП. В результате аналогичного скрининга из питомника СП-2 идентифицировано 2 линии с геном Lr19, 2 линии с геном Lr68, 3 линии с геном Lr24 и 8 линий с геном Lr50, которые переданы в питомник КП. По результатам исследований наибольший интерес представляют 5 высокопродуктивных линий пшеницы, которые являются носителями 2-х и 3-х Lr генов.
7. Публикации и продукция по теме проекта:
– Малышева А.А., Кохметова А.М., Кумарбаева М.Т., Кейшилов Ж.С., Дубекова С. Молекулярно-генетический скрининг Lr-генов устойчивости у образцов мягкой яровой пшеницы в условиях юговостока Казахстана // Ізденістер, нәтижелер – Исследования, результаты. – 2023. – №3 (99). – С. 92-99. (КОКСНВО).
– Жанузак Д.К., Кумарбаева М.Т., Болатбекова А., Бахытулы К., Кохметова А.М. Идентификация носителей генов устойчивости к желтой ржавчине на основе молекулярного скрининга образцов яровой пшеницы // Ізденістер, нәтижелер – Исследования, результаты. – 2023. – №3 (99). – С. 136-145. (КОКСНВО).
– Кумарбаева М., Кохметова А., Кейшилов Ж., Малышева А., Болатбекова А., Бахытулы К. Мониторинг развития болезней для определения уровня опасности возбудителей бурой и желтой ржавчины и пиренофороза пшеницы // Сборник Международной научно-практической конференции «Биотехнология и биологическая безопасность: достижения и перспективы развития», посвященная 65-летию Научно-исследовательского института проблем биологической безопасности (НИИПББ), Алматы, Казахстан, 6-8 сентября 2023 год.

Результаты НТП BR18574149 за первое полугодие 2024 года
по проекту: «Создание устойчивых к бурой ржавчине перспективных линий пшеницы на основе внедрения в селекционный процесс технологии Marker Assisted Gene Pyramiding».

В рамках проекта была разработана новая стратегия пирамидирования генов устойчивости к бурой ржавчине методом Marker-Assisted Pyramiding (MAP). Целью исследования являлась идентификация генотипов пшеницы, содержащих несколько Lr-генов пирамидальной устойчивости, детерминирующих устойчивость к P. recondita (Prt). Для отбора генотипов на основе MAS, содержащих комбинации Lr-генов, использовались специфические ДНК маркеры. Фенотипическая оценка к бурой ржавчине проводилась в полевых условиях и в контролируемых инфекционных условиях. Проведена полимеразная цепная реакция (ПЦР) для амплификации марке-ров, связанных с Lr-генами. В результате проведенных исследований были идентифицированы несколько генотипов пшеницы, содержащие комбинации нескольких Lr-генов. К ним относятся линии из селекционного питомника КСИ, в которых идентифицированы по три гена устойчивости к бурой ржавчине: 3_КСИ (Lr26+Lr37+Lr68), 12_КСИ (Lr37+Lr10+Lr68) и 13_КСИ (Lr10+Lr26+Lr37+Lr46). Эти генотипы показали высокую устойчивость к бурой ржавчине в полевых и лабораторных условиях.
Были созданы перспективные линии пшеницы, обладающие пирамидальной устойчивостью к бурой ржавчине в количестве 6 образцов. К ним относятся: 2_ПСИ, 7_ПСИ, 12_ПСИ, 3_КСИ, 6_КСИ и 9_КСИ. Эти линии показали улучшенные агрономические характеристики и высокую устойчивость к болезни. Идентифици-рованные линии были подвергнуты дополнительным испытаниям для подтверждения их устойчивости и продуктивности. Результаты показали высокую воспроизводимость и надежность метода Marker Assisted Pyramiding.
Разрабатываются рекомендации по практическому применению технологии Marker Assisted Gene Pyramiding в генетике (для исследования генетической основы устойчивости), фитопатологии (для идентификации и мониторинга генотипов с устойчивостью к патогенам и селекции растений (для создания новых сортов пшеницы с повышенной устойчивостью к бурой ржавчине).
Рекомендации проходят проверку и подготовку для издания в типографии, которая запланирована на второе полугодие.

Список публикаций по проекту:

1. Кумарбаева М., Кохметова А., Кейшилов Ж., Малышева А., Болатбекова А., Бахытулы К. Мониторинг развития болезней для определения уровня опасности возбудителей бурой и желтой ржавчины и пиренофороза пшеницы // Сборник Международной научно-практической конференции «Биотехнология и биологическая безопасность: достижения и перспективы развития», посвященная 65-летию Научно-исследовательского института проблем биологической безопасности (НИИПББ), Алматы, Казахстан, 6-8 сентября 2023 год.
2.Малышева А.А., Кохметова А.М., Кумарбаева М.Т., Кейшилов Ж.С., Дубекова С. Молекулярно-генетический скрининг Lr-генов устойчивости у образцов мягкой яровой пшеницы в условиях юговостока Казахстана // Ізденістер, нәтижелер – Исследования, результаты. – 2023. – №3 (99).
3.Жанузак Д.К., Кумарбаева М.Т., Болатбекова А., Бахытулы К., Кохметова А.М. Идентификация носителей генов устойчивости к желтой ржавчине на основе молекулярного скрининга образцов яровой пшеницы // Ізденістер, нәтижелер – Исследования, результаты. – 2023. – №3 (99).
4 Кеишилов Ж.С., Кохметова А.М., Кумарбаева М.Т., Дутбаев Е.Б.,Харіпжанова А.І., Дабабат А.А. Жаздық жұмсақ бидай үлгілерінің puccinia recondita және bipolaris sorokiniana ауру қоздырғыштарынатөзімділігін фитопотологиялық бағалау // «Ізденістер, нәтижелер-Исследования, результаты», –Алматы, 2024. № 2
5 Bakhytuly K., Mukhametzhanov K. Genetic and Phytopathological study of the resistance of winter wheat varieties to leaf rust Puccinia triticina. ICPBB 2024, (Almaty, Kazakhstan), P2-6.