Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0107

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0107
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Название доклада
Разработка регламента детекции и маркирования новых генов устойчивости к листовой ржавчине пшеницы на основе геномного секвенирования
Докладчик
Кочиева Елена Зауровна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью прикладного научного исследования является разработка молекулярных маркеров для проведения маркер-
опосредованной селекции по генам, определяющим устойчивость к листовой ржавчине и для высокопроизводительного
генотипирования культивируемых видов пшеницы.
Актуальность и новизна исследования
Одним из наиболее распространенных и вредоносных заболеваний пшеницы является бурая листовая ржавчина (возбудитель Puccinia triticina), потери урожая от которой могут достигать 30-50%. Устойчивость сортов и эффективность средств химической защиты растений не абсолютны и могут достаточно быстро преодолеваться в результате эволюционных процессов в популяциях патогенов. Расширение площадей сельскохозяйственных земель и использование ограниченного ассортимента генетически однородных сортов привело к нарушению сложившихся в природе механизмов регуляции численности видов паразитических организмов, вследствие чего периодически происходят вспышки массового развития заболеваний. Создание устойчивых к патогенам сортов представляет собой сложную задачу, поскольку связано с манипуляциями с несколькими полигенными признаками. Гены устойчивости (resistance genes, R- гены) растений и их аналоги (R-gene analogues, RGA) широко изучаются на протяжении последних 15 лет. При всем многообразии обнаруженных генов устойчивости и RGAs, подробно изучены к настоящему моменту только около 70 генов устойчивости к вирусам, бактериям, грибам, нематодам и насекомым. Таким образом, для эффективной защиты пшеницы от листовой ржавчины необходимо, во-первых, вести поиск новых генов устойчивости; во-вторых, более активно проводить секвенирование районов локализации генов у пшеницы; в-третьих, разработать эффективную систему детекции генов устойчивости к листовой ржавчине пшеницы по данным геномного секвенирования, в том числе, с привлечением данных по генам устойчивости к фитопатогенам у наиболее изученных в этом направлении видов растений.
Описание исследования

В рамках проекта будет проведено секвенирование 500 ВАС-клонов мягкой пшеницы из ген-богатых областей, с помощью биоинформационных методов будет проведен поиск новых генов устойчивости к листовой ржавчине пшеницы. Будут разработаны SSR- и SNP-маркеры для быстрого генотипирования культивируемых сортов/линий пшеницы. Будет создана база данных по специфическим генам устойчивости к грибным патогенам пшеницы и наиболее изученных видов растений. Будет создана генная сеть ответной реакции растений на внедрение фитопатогена, с включением данных полученных в ходе выполнения ПНИ по генам устойчивости к листовой ржавчине пшеницы.

Результаты исследования

В ходе выполнения проекта проведено секвенирование 500 ВАС-клонов из ген-содержащих районов хромосом мягкой пшеницы. В результате секвенирования было получено около 2,065 млрд нуклеотидов, общая длина секвенированных последовательностей после фильтрования составила 1,4678 млрд нуклеотидов, что в среднем составило 2,9356 млн нуклеотидов на клон. В результате сборки последовательностей 500 BAC-клонов средний размер контига для каждого клона составил 8169 нт. С использованием биоинформационных методов проведен анализ последовательностей контигов, полученных в результате секвенирования ВАС-клонов №№1-250 пшеницы. Проведенный анализ позволил выявить 5109 генов, включая последовательности 21 нового гена устойчивости пшеницы. По данным секвенирования ВАС-клонов №№251-500 было предсказано 3799 генов, было идентифицировано 3 новых гена пшеницы, высоко гомологичных известным Lr-генам устойчивости к листовой ржавчине. 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 разрабатывались на различные аллельные варианты генов устойчивости. 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. 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. Создана база данных генов устойчивости к фитопатогенам, состоящая из трех таблиц (гены, аллели, нуклеотидные последовательности) и содержащая 111 уникальных записей (карточек). На выборке из 30 сортов и линий пшеницы различного происхождения проведено тестирование 18 SSR-маркеров. Показано, что все тестируемые сорта и линии, кроме Chinese Spring, характеризуются устойчивостью к расам бурой ржавчины Западно-Сибирского региона. Были выявлены 4 SSR-маркера, выявляющие высокий уровень полиморфизма у сортов, устойчивых к бурой ржавчине и неустойчивого сорта Chinese Spring. Проведена оценка генетического разнообразия 50 гибридных линий и сортов пшеницы по генам устойчивости к листовой ржавчине. Показано, что большая часть из них защищена комбинацией генов Lr1, Lr10, Lr19. Показано, что в сортообразцах отсутствуют гены Lr25, Lr28 и Lr29 - эффективные гены устойчивости против патотипов западносибирской популяции листовой ржавчины, что позволяет рекомендовать включение этих генов в селекционные программы. Разработана генная сеть формирования ответа на инфекцию, вызванную патогенными грибами. Используя технологию GenNet, были представлены регуляторные взаимодействия между генами защитного ответа у пшениц во время инфицирования патогенными грибами. Показано, что в формировании защитного ответа у пшениц участвуют различные механизмы, характерные для представителей других видов растений. По результатам анализа 28 изогенных линий и 32 сортов пшеницы, устойчивых к листовой ржавчине, была разработана лабораторная методика генотипирования растений с использованием 13 специфических маркеров к генам устойчивости к бурой ржавчине. 

Практическая значимость исследования
Молекулярные маркеры к генам устойчивости к листовой ржавчине, SSR-и SNP-маркеры потенциально могут найти широкое
применение в селекции пшеницы, так как значительно ускорят идентификацию хозяйственно ценных генотипов.