1.     Основное направление фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований

Познание генетических механизмов изменчивости растений и управление генетическим разнообразием с целью создания нового исходного материала для селекции.

2.     Задачи, решаемые в настоящее время в рамках базового бюджетного проекта

Выявление и верификация генов и локусов, ответственных за формирование клейковинного комплекса и структуры эндосперма зерновки пшеницы, определяющих конечные технологические свойства зерна и муки, в зависимости от влияния абиотических факторов.

3.     Прикладные разработки

См. пункт 4.

4.     Иллюстрированное описание лучших результатов, полученных подразделением за последние 5 лет

Сорт мягкой пшеницы Саратовская 29 является непревзойденным по сохранению в любых условиях высоких физических свойств муки и теста. С помощью межсортовых замещенных линий Саратовская 29(Янецкис Пробат), где донором отдельных хромосом является сорт с более низкими свойствами, чем Саратовская 29 (Рис.1), было показано, что хромосома 4D реципиента несет главный ген, определяющий этот ценный агрономический признак. Для его картирования были использованы генотипированные рекомбинантные линии, каждая из которых является носителем фрагментов хромосомы 4D различной длины реципиента и донора. Линии прошли фенотипирование по силе муки и упругости в различных условиях среды. Эти фенотипические данные были интегрированы в молекулярную карту хромосомы 4D для определения местоположения локусов количественных признаков (QTL), ассоциированных с этими признаками. Локусы, определяющие силу муки и упругость теста (QDse.icg-4DL и QTen.icg-4DL, соответственно) были картированы в районе микросателлитного маркера Xgwm165 в длинном плече хромосомы 4D (Рис.2). Таким образом, впервые было показано, что уникальная эластичность теста сильного сорта пшеницы С29 - улучшителя муки слабых сортов, целиком определяется аллельным состоянием локусов количественного признака (QTL) на хромосоме 4DL. Выявленный QTL может быть использован для селекционного улучшения хлебопекарных свойств муки мягкой пшеницы.

Генетические ресурсы мягкой пшеницы являются важнейшим источником необходимых генов и признаков при создании сортов. Их изучение позволяет не только выявлять аллелизм по агрономически важным признакам, но и изучать динамику механизмов искусственного отбора для их совершенствования в зависимости от целей и задач. Впервые был проведен кластерный анализ структуры популяции в коллекции стародавних и современных сортов мягкой пшеницы по комплексу технологических свойств зерна и муки. Группы различались по времени создания сортов – до 60-го года прошлого века (стародавние) и в период с 1960 по 1990-е годы (современные). Главным дифференцирующим признаком явилась структура эндосперма зерновки. Стародавние сорта являются, преимущественно, носителями доминантного аллеля гена Ha, вытесненного из современных сортов и определяющего мучнистый тип эндосперма. Одновременно ряд стародавних сортов являются носителями локусов, определяющих стабильно высокое содержание клейковины в зерне. Группа 1 (стародавние сорта) кластерного анализа представлена исключительно сортами с наивысшим содержанием клейковины – 38% (Рис.3). В данной группе сортов это свойство коррелирует с встречаемостью определенных аллелей микросателлитных локусов в хромосомах 7AS и 2DS, которые отсутствуют среди сортов группы 2 (современные сорта). Это указывает на утрату современными сортами пшеницы аллелей ценных генов агрономически важных признаков.

По физическим свойствам теста (силе муки, упругости и растяжимости) две группы сортов не различались столь четко, хотя в группе стародавних сортов образцы с низкой силой муки встречаются чаще. Было отмечено, что сорта с самой высокой силой муки (300 единиц альвеографа и выше), как правило, имеют в своей родословной сорт Саратовская 29 – стандарт сильной яровой пшеницы. Таким образом, стародавние сорта мягкой пшеницы могут быть источником генетического разнообразия по мукомольным параметрам и содержанию клейковины в зерне при создании новых сортов.

Рисунок 3. Кластеризация образцов из коллекции российских стародавних и современных сортов мягкой пшеницы на основе среднего содержания сырой клейковины в зерне

Идентифицирован новый ген Ha-Sp, определяющий структуру эндосперма зерновки пшеницы и мукомольные свойства зерна. Ген интрогрессирован в геном мягкой пшеницы от дикого диплоидного злака Ae. speltoides, донора генома В культурного вида. Новый ген аналогичен по своему действию известному гену Ha из генома D пшеницы. Два гена взаимодействуют аддитивно. Впервые получены супермягкозерные генотипы, существенно увеличивающие генетическое разнообразие пшеницы по мукомольным свойствам и технологическому назначению.

Впервые показано, что дикие сородичи мягкой пшеницы могут быть донорами генов, улучшающих комплекс различные технологические свойства зерна и муки. В линиях озимой пшеницы Alcedo с интрогрессией от дикого тетраплоида Aegilops markgragii и у их родителей были изучены мукомольные показатели, содержание клейковины в зерне и физические свойства теста. Линии несут маркированные с помощью микросателлитных маркеров интрогрессии в хромосомы 2АS, 2BS, 3BL, 4AL и 6DL. Было установлено, что в линиях существенно улучшились мукомольные показатели – увеличились стекловидность и диаметр частиц муки (Таблица 1). Одновременно достоверно увеличилось содержание клейковины в зерне на 10% (Рис. 4, А). Следствием этого стало значительное улучшение реологических и смесительных свойств теста (Рис. 4, Б). У линий, по данным альвеографа, сила муки увеличилась в 2 раза, а упругость теста – почти в 1,5 раза. При этом растяжимость теста осталась неизменной. Линии, в отличие от исходного сорта Alcedo, могут быть отнесены к «сильным» сортам пшеницы.

Рисунок 4. Содержание клейковины (А) и физические свойства теста (Б) в линии М483/98 озимого сорта Alcedo с интрогрессиями от дикого злака Ae. markgrafii

5.     Задачи, планируемые на перспективу

Поиск в геноме пшеницы молекулярных маркеров, ассоциированных с комплексом физиологических реакций растений на засуху на стадии позднего онтогенеза, когда происходит формирование эндосперма зерновки; определение эффектов генов и локусов, контролирующих технологические параметры зерна и другие агрономически важные признаки путем введения генотипированных чужеродных интрогрессий в различные генотипические среды. Созданный в результате фундаментальных исследований генетический материал может быть источником новых генов для создания сортов пшеницы с улучшенными хозяйственно-ценными свойствами.

Бывшие сотрудники

Публикации

2010	Качество зерна у почти изогенных линий мягкой пшеницы сорта Саратовская 29 Арбузова В.С., Ефремова Т.Т., Ермакова М.Ф., Чистякова А.К. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2010, №12. С. 13-21.
	Effect of arabinogalactan isolated from siberian larch on the baking value of soft wheat flour and bread quality M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, T.A. Pshenichnikova, E.N. Medvedeva, N.A. Neverova, L.A. Belovezhets, V.A. Babkin RUSS J BIOORG CHEM+, 2010, Vol. 36, No. 7, pp. 951–956
	Functional diversity at Rc (red coleoptile) locus in wheat (Triticum aestivum L.) Khlestkina E.K., Roder M.S., Pshenichnikova TA, Borner A. MOL BREEDING, 2010, 25, 125-132
	The effects on grain endosperm structure of an introgression from Aegilops speltoides Tausch. into chromosome 5A of bread wheat T.A. Pshenichnikova, A.V. Simonov, M.F. Ermakova, A.K. Chistyakova, L.V. Shchukina, E.V. Morozova EUPHYTICA, 2010, Volume 175, Number 3, 315-322
2009	Влияние арабиногалактана, выделенного из древесины лиственницы сибирской, на хлебопекарные достоинства муки мягкой пшеницы и качество хлеба М.Ф. Ермакова, А.К. Чистякова, Л.В. Щукина, Т.А. Пшеничникова, Е.Н. Медведева, Н.А. Неверова, Л.А. Беловежец, В.А. Бабкин. Химия растительного сырья, 2009, №1, с.161-166
2007	GSH-dependent proteindisulfide oxidoreductase of wheat grain: activity in maturing wheat kernels and relationship with rheological properties of dough S Osipova A Permyakov T Mitrofanova V Trufanov M Ermakova A Chistyakova T Pshenichnikova CEREAL RES COMMUN, 2007, 35:1477-1486
	The inheritance of morphological and biochemical trauts intrigressed into common wheat (Triticum aestivum L.) from Aegilops speltoides Tausch T.A. Pshenichnikova, I.F. Lapochkina, L.V. Shchukina Genetic Resources and Crop Evolution, 2007, 54: 287-293
2006	Молекулярное картирование локусов связанных с показателями качества зерна мягкой пшеницы ТА Пшеничникова МФ Ермакова АК Чистякова ЛВ Щукина А.Бернер М Редер Сельскохозяйственная биология, 2006, №5 41-47