Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка регламента детекции и маркирования новых генов устойчивости к листовой ржавчине пшеницы на основе геномного секвенирования

Номер контракта: 14.604.21.0107

Руководитель: Скрябин Константин Георгиевич

Должность руководителя: заведующий кафедры биотехнологии МГУ

Докладчик: Кочиева Елена Зауровна, профессор по кафедре, кафедра биотехнологии МГУ

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
пшеницы, молекулярные маркеры, маркер опосредованная селекция, гены бурой листовой ржавчины

Цель проекта:
1.Основные задачи, на решение которых направлен реализуемый проект: 1)Секвенирование ВАС-клонов из ген-содержащих интерстициальных районов хромосом пшеницы, идентификация предполагаемых генов устойчивости к листовой ржавчине пшеницы. 2)Идентификация новых Lr-генов устойчивости к листовой ржавчине пшеницы, разработка маркеров к новым генам. 3)Разработка SNP и SSR маркеров по данным секвенирования ВАС-клонов для высокопроизводительного генотипирования культивируемых видов пшеницы. 4)Скрининг сортов и линий мягкой пшеницы, устойчивых к листовой ржавчине с использованием маркеров, разработанных к известным генам 5)Создание базы данных по специфическим генам устойчивости к грибным патогенам пшеницы и других видов растений. 6)Создание генных сетей ответной реакции растений на внедрение фитопатогена, с включением данных полученных в ходе выполнения ПНИ по генам устойчивости к листовой ржавчине пшеницы. Поиск новых генов устойчивости к грибным патогенам, в том числе к листовой ржавчине, и создание систем детекции генов резистентности с помощью молекулярных маркеров предполагает проведение ряда предварительных этапов, которые включают: 1) характеристику и отбор селекционного материала, гибридных линий и современных сортов мягкой пшеницы по степени восприимчивости к листовой ржавчине; 2) анализ литературных данных по поиску молекулярных маркеров, сцепленных с идентифицированными генами устойчивости к листовой ржавчине (Lr-генами); 3) проверку отобранного растительного материала, устойчивого к листовой ржавчине, на наличие в геноме известных Lr-генов. 2. Цель проекта: Разработка молекулярных маркеров для проведения маркер-опосредованной селекции по генам, определяющим устойчивость к листовой ржавчине и для высокопроизводительного генотипирования культивируемых видов пшеницы

Основные планируемые результаты проекта:
1. На настоящий момент получены следующие результаты:
• Для идентификации и анализа первичной структуры генов устойчивости к листовой (бурой ржавчине) Lr15, Lr16, Lr22a, Lr39=41, Lr52, Lr65 отобрано 250 перекрывающихся ВАС-клонов из районов локализации этих генов на хромосомах 2AS, 2BS, 2DS и 5BS, проведено их размножение для дальнейшего анализа методом высокопроизводительного секвенирования
• В результате секвенирования 250 BAC клонов мягкой пшеницы T. aestivum было получено около 1.129 млрд нуклеотидов, что составило в среднем 45 кратное покрытие ВАС-клонов. С использованием биоинформационных методов проведен анализ последовательностей 52 контигов, полученных в результате секвенирования ВАС клонов пшеницы.
• Проведенный анализ 41 млн нуклеотидов позволил выявить 5109 генов, включая 23 новых гена устойчивости пшеницы, для которых определена их экзон\интронная структура, определены и охарактеризованы основные домены и мотивы.
• По данным секвенирования ВАС-клонов разработано 175 SSR и SNP маркеров. На выборке из 30 сортов и линий пшеницы, различного происхождения проведено тестирование SSR маркеров.
• Создана база данных генов устойчивости к фитопатогенам, состоящая из трех таблиц (гены, аллели, нуклеотидные последовательности) и содержащая 111 уникальных записей (карточек).
• Было проведено генотипирование и анализ устойчивости у 82 гибридных линий пшеницы. Показано, что линии, несущие локус QLr.icg-5B, обладают устойчивостью к листовой (бурой) ржавчине. Отобраны эффективные маркеры Xgwm814 и Xgwm1257 для идентификации генов устойчивости.

2. В ходе дальнейшего выполнения проекта :
• Будет проведено секвенирование не менее 250 ВАС- клонов из ген-содержащих интерстициальных районов хромосом мягкой пшеницы, и идентифицировано не менее 2 полных нуклеотидных последовательностей предполагаемых генов устойчивости листовой ржавчине
• Будут разработаны маркеры к не менее двум новым Lr-генам, выявленным по данным генотипирования растений.
• Будет разработана генная сеть формирования ответа на инфекцию, вызванную патогенными грибами. В генной сети будут представлены взаимодействия генов, белков и регуляторных молекул, приводящие к формированию ответа растений на воздействие грибных патогенов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта являются молекулярные маркеры для проведения маркер-опосредованной селекции по генам, определяющим устойчивость к листовой ржавчине и для высокопроизводительного генотипирования культивируемых видов пшеницы.

В работе используются наиболее современные методы молекулярного и биоинформационного анализа геномов, включая определение нуклеотидной последовательности генома пшеницы методом высокопроизводительного секвенирования, а также оригинальные методические подходы, разработанные сотрудниками МГУ и НГУ.
Уровень проведенных работ соответствует мировым стандартам. Полученные результаты приоритетны, выполнены на самом высоком методическом уровне и важны для решения многих как научных, так и прикладных задач генетики, селекции, биотехнологии растений и различных смежных областях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.Разработка и использование молекулярных маркеров генов устойчивости к листовой (бурой) ржавчине, а также систем маркеров для оценки общего геномного разнообразия могут стать мощными инструментами, позволяющими существенно ускорить селекционный процесс за счет быстрой идентификации агрономически ценных генотипов и значительно удешевить процесс создания новых сортов мягкой пшеницы за счет сокращения затрат труда и времени.
2.Полученные новые гены устойчивости к бурой листовой ржавчине и созданные к этим генам молекулярные маркеры будут использованы для создания селекционных устойчивых к заболеваниям высоко продуктивных линий и сортов пшеницы; системы молекулярных маркеров будут использованы для оценки генетического потенциала устойчивости у сортов и линий пшеницы российского происхождения в частных и государственных селекционных фирмах и институтах.
3.В целом результаты проекта будут способствовать повышению продуктивности сельскохозяйственного производства и селекции для обеспечения населения страны качественным продовольствием, не оказывая отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду.




Текущие результаты проекта:
1. Проведен анализ нуклеотидных последовательностей 250 ВАС-клонов, последовательности были собраны в контиги. В результате секвенирования 250 BAC клонов было получено около 1.129 млрд нуклеотидов. Общая длина секвенированных последовательностей после фильтрования составила 859,4 млн. нуклеотидов. Это составило в среднем 45 кратное покрытие ВАС-клонов. В результате сборки последовательностей 250 BAC клонов средний размер контига для каждого клона составил 8835 пн. Всего в проанализированных контигах методами биоинформационного анализа было идентифицировано 5109 генов.
2. Проведен расширенный поиск данных по генам устойчивости к грибным патогенам пшеницы и других изученных видов растений, родственных пшенице. Проанализированы данные по 9 основным локусам устойчивости у злаков, представленные в генбанках.
3. По данным секвенирования ВАС-клонов разработано 175 SSR и SNP маркеров.SSR-маркеры охватывали все пулы секвенированных ВАС-клонов и локализовались в ген-богатых участках, SNP-маркеры были разработаны на различные аллельные варианты генов устойчивости.
4. Проведен анализ литературных данных по поиску молекулярных маркеров, сцепленных с идентифицированными генами устойчивости к листовой ржавчине и отобраны молекулярные маркеры, которые будут использованы на третьем этапе работы для оценки генетического разнообразия гибридных линий и сортов пшеницы по генам устойчивости к листовой ржавчине.