14.613.21.0052

Повышение толерантности к засолению у продуктивных сортов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) путем введения транскрипционного фактора OsGATA риса, эктопическая экспрессия которого инициируется избыточным засолением.

Создание новых сортов с/х растений с использованием постгеномных и биотехнологических методов является наиболее приоритетным направлением программы развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года. Сорта и гибриды нового поколения, устойчивые к засолению, засухе, болезням, гербицидам, насекомым-вредителям представляют чрезвычайный интерес для современного растениеводства. Например, использование солеустойчивых сортов ценных культур позволит вовлекать в с/х оборот засоленные земли, которые в РФ занимают площадь 16,3 млн. га, что составляет 9% от общей площади с/х земель. Пшеница является стратегическим продуктом для России и всего мира. В настоящее время, пшеница обеспечивает 21% всех пищевых калорий в мире. Потери урожая данной культуры в различных экологических и метеорологических условиях, возникают из-за засухи, засоленности, морозов, жары, грибных и вирусных болезней и насекомых. Каждый из перечисленных факторов среды может снижать урожайность, в среднем, на 15%. Получение устойчивых к засолению сортов пшеницы, позволит значительно повысить рентабельность данной культуры для РФ.
Новизна темы исследования заключается в том, что нами предлагается новая технология в решении проблемы создания растений пшеницы, устойчивой к засухе и засолению. Исследование роли различных генов ТФ участвующих в ответе растений на абиотические стрессы, относится к числу приоритетных в агробиотехнологии. В этом проекте, мы планируем улучшить продуктивные сорта пшеницы, повысив их толерантность к засолению и, возможно, к засухе, чтобы минимизировать потери урожая при производстве пшеницы в засоленных областях РФ: Крым, Северный Кавказ, Среднее и Нижнее Поволжье.

Растения пшеницы выращивали в условиях искусственного климата при оптимальных условиях вегетации – качественное освещение, водоснабжение, почвенные субстраты, удобрения, влажность и качество воздуха, фитосанитарная обработка. Амплификацию полноразмерной копии гена транскрипционного фактора (ТФ) OsGATA из риса проводили методом ПЦР. кДНК риса была получена постановкой ОТ-ПЦР на матрице пула РНК (с использованием специфических праймеров), выделенной из 7-ми дневных проростков риса. Полная кодирующая последовательность ТФ OsGATA была перенесена в вектор pCAMBIA1304.

Для введения гена  OsGATA в геном используемых генотипов пшеницы были использованы агробактериальный и биобаллистический методы генетической трансформации пшеницы. Отбор трансгенных линий проводили на селективных средах в условиях in vitro. Анализ трансгенных растений осуществляли стандартными молекулярно-биологическими методами (ПЦР, ИФА, гистохимического окрашивания). 

На втором этапе была проведена проверка толерантности трансгенных линий к засолению и оценка продуктивности и степени стабильности признаков запасных белков глиадинов, ответственных за хлебопекарные качества пшеницы.

На заключительной стадии второго этапа было проведено обобщение и оценка полученных результатов, разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.

За время выполнения работ, в соответствии с календарным планом, были получены следующие результаты:

1. Проведен аналитический обзор современной научной, литературы, касающейся научно-технической проблемы, исследуемой в рамках НИР. Общее количество проанализированных работ 136, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии, патенты – из которых 60 научно-информационных источников за период 2010 – 2015 гг; 
2. Проведено патентное исследование в соответствии ГОСТ Р 15.011-96, показавшее перспективность разрабатываемых технологий. Полный отчет о проведение патентных исследований представлен в документе «Отчет о патентных исследованиях»;
3. Разработаны и обоснованы экспериментальные и методические подходы повышения солеустойчивости пшеницы и проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учетом результатов исследований, проводившихся по аналогичной тематике. Выявлены перспективные гены - ТФ для увеличения солеустойчивости пшеницы без понижения ее продуктивности. Наши соисполнители выделяют перспективный фактор из риса OSGATA, который будет введен в геномы продуктивных яровых сортов пшеницы ЗЛАТА, АМИР, АГАТА и ЭСТЕР;
4. Разработан План исследований, направленный на получение устойчивых к засолению продуктивных сортов мягкой пшеницы путем введения транскрипционного фактора OsGATA (детальный «План исследований» представлен в документации к этапу 1); 
5. Выращена коллекция исходных сортов яровой мягкой пшеницы. Коллекция состоит из 960 растений (240 растений каждого сорта), подходящих для проведения последующих этапов НИР. Растения были выращены с использованием ЦКП (ИБР РАН) и ЭУИК (ФИЦ Биоинженерии РАН). Созданная коллекция исходных растений будет использована при генетической трансформации пшеницы. В отчетной документации представлен «Акт о создании коллекции исходного материала»;
6. Создана коллекция трансгенных линий пшеницы, экспрессирующих ген OsGATA
7. иностранным партнером переданы экспериментальные образцы: копии гена транскрипционного фактора OsGATA и вектора для агробактериальной и биобаллистической генетической трансформации пшеницы, несущий ген транскрипционного фактора OsGATA. В отчетной документации представлен договор с иностранным партнером о передаче материала.
8. Иностранным партнером подготовлен аннотационный отчет, содержащий протоколы амплификации копии гена транскрипционного фактора OsGATA из риса и создания вектора для агробактериальной и биобаллистической генетической трансформации пшеницы, несущий ген транскрипционного фактора OsGATA; результаты оценки продуктивности и степени стабильности признаков запасных белков глиадинов, ответственных за хлебопекарные качества пшеницы у отобранных трансгенных линий пшеницы, толерантных к засолению;результаты оценки толерантности трансгенных линий (T2) к засолению и функциональной роли транскрипционного фактора OsGATA в регулировании устойчивости пшеницы к стрессу, вызываемому засолением.
9. Подготовлены заявка на патент и две публикации по результатам проекта в научных журналах.

 

Полученные трансгенные растения, несущие ген OsGATA, могут быть использованы для дальнейшего изучения функциональной роли транскрипционного фактора OsGATA в регулировании устойчивости растений к стрессу, вызываемому другими абиотическими факторами.
Созданные в ходе НИР трансгенные линии пшеницы, толерантные к засолению, могут быть использованы при создании солеустойчивых сортов для выращивания в Северо-Кавказском регионе, Оренбуржье, Поволжье и Крыму, где значительная часть земель засолена.